(Zusatzpatent zum Hauptpatent 425 907) Die Erfindung berieht sich auf eine Verbesserung der Schaltungsanordnung zum Anlassen eines Thyristor- Oszillators nach dem Hauptpatent. Die Schaltungsanord nung nach dem Hauptpatent enthält einen Kondensator, der über einen Widerstand an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, und ein nichtlineares Element, das, in Reihe mit einer für Gleichstrom durchlässigen Impedanz, parallel zu diesem Kondensator geschaltet ist, so dass bei einem bestimmten Wert der Spannung an diesem Kon densator das nichtlineare Element durchlässig wird und über der Impedanz ein Potentialsprung erzeugt wird,
der einer Steuerelektrode eines Thyristors des Oszillators zu geführt wird.
Die Anwendung dieser Schaltungsanordnung in Thy- ristorumwandlern bereitete grosse Schwierigkeiten. Zahl reiche Thyristoren wurden zerstört.
Mit Rücksicht auf die Amplitude und die günstige Form des erzeugten Potentialanstiegs hat man längere Zeit angenommen, dass diese Schwierigkeiten durch den Umwandlerkreis selber herbeigeführt wurden. Diese Schwierigkeiten traten aber bei jeder geprüften Wandler- schaltung auf.
Schliesslich wurde überlegt, ob auch die angewandte Anlassschaltung die Schwierigkeiten herbei führen könnte und es hat sich tatsächlich herausgestellt, dass die erwähnten Schwierigkeiten vermieden werden können, wenn nach der vorliegenden Erfindung die Zeit konstante des aus dem Kondensator und dem Widerstand der Anlassschaltung bestehenden Netzwerkes derart ge wählt ist, dass die Widerholungsperiode der erzeugten Potentialsprünge so lang ist, dass die durch einen ersten Potentialsprung im Oszillator hervorgerufenen Ein schalerscheinungen im Augenblick, in dem der nächste Potentialsprung auftritt, nahezu völlig beendet sind.
Jeder Oszillator enthält einen Schwingungskreis ir gendwelcher Form, und meist wird der erzeugte Wechselstrom, z.B. durch induktive Kopplung, diesem Schwingungskreis entnommen, wobei der Schwingungs kreis durch die Wechselstrombelastung des Oszillators gedämpft wird. Vorzugsweise ist die Wiederholungspe riode der Potentialsprünge daher länger als zweimal die Zeitkonstante dieses Schwingungskreises in unbelastetem Zustand. Die Erfindung wird anhand beiliegender Zeichnung, die der Fig. 1 des Hauptpatentes entspricht und eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Er findung zeigt, näher erläutert.
Die gezeigte Ausführungsform enthält einen Konden sator 1, der über einen Widerstand 2 an eine Gleich spannungsquelle 3 angeschlossen ist. Weiter enthält sie ein durch eine Gasentladungsröhre gebildetes nichtlinea res Element, das in Reihe mit einem Widerstand 5, in der Grössenordnung von einigen Zehn SZ, über den Konden sator 1 geschaltet ist.
Die Zeichnung stellt auch einen Thyristor-Oszillator, und zwar einen Thyristorwandler, dar. Der Thyristor- wandler enthält zwei in Gegentakt geschaltete Thyri- storen 11 und 12, deren Emitter-Elektroden unmittelbar mit der negativen Klemme der Speisequelle 3 und deren Anoden oder Kollektor-Elektroden über einen Schwin gungskreis miteinander verbunden sind, der aus einem Kondensator 13 und aus der Primärwicklung eines Trans formators 15 mit Sekundärwicklung 16 besteht.
Die Pri märwicklung 14 ist mit einer Mittelzapfung versehen, die über eine Induktivität 17 mit der positiven Klemme der Quelle 3 verbunden ist. An die Sekundärwicklung 16 ist eine Belastung 18. z.B. eine fluoreszierende Gasentla- dungsröhre, angeschlossen. Zwei auf einem Kern 6 aus ferromagnetischem Material angebrachte Wicklungen 19 und 20 bilden noch einen Teil des Thyristorwandlers. Über diese Wicklungen sind die Kreise der Steuerelek troden der Thyristoren 11 und 12 in Gegenphase mit einander gekoppelt, wodurch der Wandler zum Schwin gen gebracht wird.
Dieser Wandler ist von dem in der Schweizer Patentschrift 412 091 beschriebenen Typ und seine Wirkungsweise gründet sich auf die Tatsache, dass die Leitfähigkeitsperiode jedes der Thyristoren 11 und 12 durch den Reihenresonanzkreis bestimmt wird, der durch die Induktivität 17 und durch die Kapazität des Reso nanzkreises 14, 13 bei der Arbeitsfrequenz über die dem leitenden Thyristor entsprechende Hälfte der Wicklung 14 gebildet wird, und auf das Auftreten eines starken Rück wärtsstromimpulses durch den Steuerkreis jedes erlö schenden Thyristors. Dieser Rückwärtsstromimpuls,
z.B. durch die Wicklung 19, erzeugt, gegebenenfalls mit ge ringer Verzögerung, einen Vorwärtsstromimpuls durch die Wicklung 20, und dieser letzte Stromimpuls bewirkt das Leitendwerden des anderen Thyristors 12 im Augen blick oder eine Weile nach dem Augenblick, in dem der Thyristor 11 erlischt.
Der Anschluss des oben beschriebenen Thyristor- wandlers an die Speisespannungsquelle 3 verursacht nir gendwo einen Spannungs- oder Stromstoss genügender Stärke, um einen der Thyristoren 11 und 12 in den lei tenden Zustand zu versetzen. Dadurch, dass die Reihen schaltung des Kondensators 1 und des Widerstandes 2 zugleich mit dem Wandler an die Speisequelle angeschlos sen wird, lädt sich der Kondensator 1 verhältnismässig langsam an der Spannung dieser Quelle.
In einem gege benen Augenblick erreicht die Spannung über diesen Kondensator und somit auch die Spannung über die über den Widerstand 4 parallel zum Kondensator 1 geschal tete Gasentladungsröhre 4 einen Wert, bei dem diese Gas entladungsröhre plötzlich stromdurchlässig wird. Es ist wohl bekannt, dass die Zündspannung einer Gasentla- dungsröhre höher als ihre Brennspannung, d.h. höher als die Spannung über die gezündete oder leitend gewordene Entladungsröhre ist.
Der Kondensator 1 enthält sich so mit über die Gasentladungsröhre 4 und den Widerstand 5 und der Spannungsstoss über diesen Widerstand erzeugt einen Vorwärtstromimpuls durch die Wicklung 19 und durch den Steuerelektrodenkreis des Thyristors 11. Der Thyristor 11 wird also leitend gemacht.
Infolge der Rei- henresonanz-Eigenschaften des Hauptstromkreises die ses Thyristors, der aus der Induktivität 17 und der ent sprechenden Hälfte des Schwingungskreises 13, 14 be steht, neutralisiert sich der Strom durch die Hauptstrom elektrodenstrecke des Thyristors 11 nach einer halben Schwingungsperiode des Reihenresonanzkreises. Der Thy- ristor 11 erlischt dann und ein Rückwärtsstromimpuls fliesst von seiner Steuerelektrode her durch die Wicklung 19 und den Widerstand 5.
Dieser Rückwärtsstromimpuls induziert einen Verwärtsstromimpuls durch die Wicklung 20 und den mit dieser in Reihe geschalteten Widerstand 5' und der letztere Impulse zündet den Thyristor 12. Von diesem Augenblick an ist der Thyristorwandler somit schwingend. Wie im Falle des Thyristors 11 gezeigt, wer den von der Anode oder der Kollektorelektrode eines der Thyristoren her über einen Strombegrenzungswiderstand 8 und einen Gleichrichter 7 dem gemeinsamen Punkt des Kondensators 1 und des Widerstandes 2 negative Strom impulse zugeführt.
Durch diese Impulse wird die obere Elektrode des Kondensators 1 negativ geladen, so dass diese Elektrode keinesfalls über den Widerstand und ge genüber der unteren Elektrode des Kondensators 1 so stark positiv werden kann, dass die Gasentladungsröhre 4 durch die Spannung über den Kondensator 1 gezündet wird. Infolge des Schwingens des Thyristorwandlers ist die Anlassschaltung nun also ausser Betrieb gesetzt.
Wenn Schwingbedingung aus irgendwelchem Grunde nicht mehr erfüllt ist, wird die Anlassschaltung sofort wieder in Betrieb gesetzt und erzeugt periodische Strom impulse durch den Widerstand 5, bis der Thyristorwand- ler wieder zum Schwingen angefacht wird.
Unter Umständen könnten die über den Widerstand 8 und den Gleichrichter 7 an den Kondensator 1 ange legten negativen Stromimpulse so stark sein, dass das Potential des gemeinsamen Punktes des Kondensators 1 und des Widerstandes 2 negativ gegenüber der negativen Klemme der Speisequelle 3 werden würde, und diese ne gative Spannung über den Kondensator 1 könnte sogar so hoch werden, dass die Gasentladungsröhre 4 dadurch gezündet wird. Dies würde wieder vorzeitige und uner- wünschte Startimpulse über den Widerstand 5 zur Folge haben. Um dies zu verhüten, ist über den Kondensator 1 ein Gleichrichter 9 geschaltet.
Dieser Gleichrichter ist für die Ladespannung der Polarität der Spannung der Speisequelle 3 gesperrt und für die vom Kollektor des Thyristors 11 her über den Widerstand 8 und den Gleich richter 7 zugeführten Stromimpulse durchlässig. Beim Betrieb kann somit der Kondensator 1 nicht durch die Stromimpulse mit einer der der Spannung der Speise quelle 3 entgegegesetzten Polarität aufgeladen werden.
Ein erster Startimpuls, der vom nichtlinearen Ele ment 4 erzeugt und über den Widerstand 5 angelegt wird, zündet zunächst der Thyristor 11. Dieser nahezu säge- zahnförmige Startimpuls fliesst von der Zündelektrode des Thyristors 11 her nach dessen Kathode, polarisiert dabei den Kern 6 in einer ersten Richtung und erlischt am letzten mit dem Thyristor 11 während des Nulldurch ganges der Spannung über diesen Thyristor. Einschalter scheinungen können aber im durch den Kondensator 13 und die Primärwicklung 14 des Ausgangstransformators 15 gebildeten Schwingkreis auftreten.
Infolge des Vor handenseins der Belastung 18 ist dieser Schwingungs kreis 13-l4 mehr oder weniger stark gedämpft. Wenn die Belastung 18 beim Einschalten des Wandlers zunächst ausgeschaltet worden wäre, oder irgendein Element mit Schwellenspannung z.B. eine Gasröhre, enthalten würde, so dass sie erst in dem Augenblick wirksam werden wür de, wenn die Schwellenspannung über die Wicklung 16 einen Schwellenwert erreichte, würde die Belastung 18 beim Einschalten des Wandlers den Schwingungskreis 13-14 nicht dämpfen, und die Induktivität dieses Kreises wäre gleich der der Primärwicklung 14. Im letzteren Falle würden die Einschalterscheinungen am längsten dauern.
In erster Instanz bestehen diese Erscheinungen aus einer infolge der Dämpfung abnehmenden Wechselspannung V14 über die Wicklung 14. Wird nun nach einem ersten Startimpuls ein zweiter oder weiterer Startimpuls in dem Augenblick erzeugt, wenn die noch erhebliche Wechsel spannung V14 sich zu der Speisegleichspannung der Quel le 3 addiert, so kann unter Umständen die für die Thy- ristoren höchstzulässige Spannung überschritten werden, wodurch die Thyristoren zerstört werden.
Um dies zu verhüten, wird nach der Erfindung die Zeitkonstante des aus dem Kondensator 1 und dem Wi derstand 2 bestehenden Netzwerkes, derart gewählt, dass die Wiederholungsperiode der erzeugten Startimpulse so lang ist, dass die im Oszillator 5, 5', 6, 11 bis 20 durch einen ersten Startimpuls hervorgerufenen Einschalter scheinungen im Augenblick, in dem der nächste Startim puls auftritt, nahezu völlig beendet sind. Dabei ist die Zeitspanne zwischen den genannten Startimpulsen ab hängig von der Spannung der Gleichspannungsquelle 3, der Durchscblagspannung des nichtlinearen Elementes 4 und dessen Löschspannung.
Die von einem Startimpuls herbeigeführten Einschalt erscheinungen können oszillographisch wahrgenommen werden, ihre Dauer kann bestimmt und die Zeitkonstan te des Netzwerkes 1, 2 kann dementsprechend gewählt werden. Es sei z.B. angenommen, dass die Zeitdauer der Einschalterscheinungen 11 msec beträgt, wonach ihre Amplitude auf z.B. weniger als 1/7 ihres ursprünglichen Wertes abgefallen ist, der wieder gleich zweimal der Spannung der Gleichspannungsquelle ist, dass der Nenn wert dieser Spannung<B>130</B> V und deren Höchstwert 143 V ist,
während die Durchschlagspannung bzw. die Lösch- spannung des Elementes 4, das z.B. eine Gasröhre vom Typ 75 Cl sein kann, einen Mindestwert von 110 V bzw. einen Höchstwert von 80 V hat. Die Wiederholungsperiode ist also die Zeit -c, während der der Kondensator 1 sich über den Widerstand 2 und durch die Quelle 3 von 80 auf 110 V lädt.
EMI0003.0003
und bei r = 0,011 sec R2Ci = 0,0172 sec.
Wird z.B. Cl = 2 #tF- gewählt, so muss R. mindestens gleich 8600<B>9</B> sein.
Wenn der Oszillator, wie im vorliegenden Fall, einen Schwingungskreis 13-14 enthält, dem der erzeugte Wech selstrom entnommen wird, wird die Wiederholungsperio de der Startimpulse vorzugsweise länger als zweimal die Zeitkonstante dieses Schwingungskreises in unbelastetem Zustand gewählt.
Die Resonanzfrequenz und der Gütefaktor Q des Schwingungskreises 13-14 können also auch in unbela stetem Zustand gemessen werden. Wenn dieser Kreis z.B. eine Resonanzfrequenz f von 2000/sec und einen Gütefaktor Q =
EMI0003.0012
von 70 hat, so wird seine Zeit konstante
EMI0003.0013
gleich _ = 0,0055 sec
EMI0003.0014
EMI0003.0015
sein. Nach einer Wiederholungsperiode länger als oder gleich zweimal dieser Zeitkonstante wird die Amplitude der Einschalterscheinungen über den unbelasteten Kreis 13-14 auf weniger als 1/; der ursprünglichen Amplitude abgefallen sein, so dass sie den Thyristor nicht mehr ge fährden kann.
Es wird also gefunden: R2Ci >- 2 X 5,5 msec oder > 11 msec.
Naturgemäss kann die vorgeschlagene und beschrie bene Massnahme in allen Ausführungsformen ,und Abar ten der Startschaltung nach dem Hauptpatent angewandt werden.
(Additional patent to main patent 425 907) The invention relates to an improvement in the circuit arrangement for starting a thyristor oscillator according to the main patent. The circuit arrangement according to the main patent contains a capacitor which is connected to a DC voltage source via a resistor, and a nonlinear element which, in series with an impedance permeable to direct current, is connected in parallel with this capacitor, so that at a certain value the Voltage at this capacitor the nonlinear element becomes permeable and a potential jump is generated across the impedance,
which is fed to a control electrode of a thyristor of the oscillator.
The use of this circuit arrangement in thyristor converters caused great difficulties. Numerous rich thyristors were destroyed.
With regard to the amplitude and the favorable form of the generated potential rise, it has long been assumed that these difficulties were caused by the converter circuit itself. However, these difficulties occurred with every converter circuit tested.
Finally, it was considered whether the starting circuit used could also cause the difficulties and it has actually been found that the difficulties mentioned can be avoided if, according to the present invention, the time constant of the network consisting of the capacitor and the resistance of the starting circuit is so ge is selected that the repetition period of the generated potential jumps is so long that the on-shell phenomena caused by a first potential jump in the oscillator are almost completely terminated at the moment when the next potential jump occurs.
Each oscillator contains an oscillating circuit of some form, and most of the time the alternating current generated, e.g. by inductive coupling, taken from this oscillation circuit, the oscillation circuit being damped by the alternating current load of the oscillator. The repetition period of the potential jumps is therefore preferably longer than twice the time constant of this oscillating circuit in the unloaded state. The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing which corresponds to FIG. 1 of the main patent and shows an embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
The embodiment shown includes a capacitor 1 which is connected to a DC voltage source 3 via a resistor 2. It also contains a non-linear element formed by a gas discharge tube, which is connected in series with a resistor 5, of the order of magnitude of a few tens of SZ, across the capacitor 1.
The drawing also shows a thyristor oscillator, namely a thyristor converter. The thyristor converter contains two thyristors 11 and 12 connected in push-pull, the emitter electrodes of which are connected directly to the negative terminal of the supply source 3 and their anodes or collector Electrodes are connected to one another via an oscillating circuit, which consists of a capacitor 13 and the primary winding of a transformer 15 with a secondary winding 16.
The primary winding 14 is provided with a center tap which is connected to the positive terminal of the source 3 via an inductance 17. A load 18 is applied to the secondary winding 16, e.g. a fluorescent gas discharge tube connected. Two windings 19 and 20 mounted on a core 6 made of ferromagnetic material also form part of the thyristor converter. About these windings, the circles of the Steuerelek electrodes of the thyristors 11 and 12 are coupled in opposite phase with each other, whereby the converter is made to vibrate conditions.
This converter is of the type described in Swiss Patent 412 091 and its mode of operation is based on the fact that the conductivity period of each of the thyristors 11 and 12 is determined by the series resonance circuit, which is determined by the inductance 17 and by the capacitance of the resonance circuit 14 , 13 is formed at the operating frequency over the conductive thyristor corresponding half of the winding 14, and on the occurrence of a strong reverse current pulse through the control circuit of each extinguishing thyristor. This reverse current pulse,
e.g. generated by the winding 19, possibly with a slight delay, a forward current pulse through the winding 20, and this last current pulse causes the other thyristor 12 to become conductive in the moment or a while after the moment when the thyristor 11 goes out.
The connection of the thyristor converter described above to the supply voltage source 3 nowhere causes a voltage or current surge of sufficient strength to put one of the thyristors 11 and 12 into the conductive state. Because the series connection of the capacitor 1 and the resistor 2 is ruled out at the same time as the converter to the supply source, the capacitor 1 charges relatively slowly at the voltage of this source.
At a given moment, the voltage across this capacitor and thus also the voltage across the gas discharge tube 4 connected in parallel to the capacitor 1 via the resistor 4 reaches a value at which this gas discharge tube suddenly becomes current-permeable. It is well known that the ignition voltage of a gas discharge tube is higher than its burning voltage, i.e. higher than the voltage across the ignited or conductive discharge tube.
The capacitor 1 is thus contained via the gas discharge tube 4 and the resistor 5 and the voltage surge via this resistor generates a forward current pulse through the winding 19 and through the control electrode circuit of the thyristor 11. The thyristor 11 is thus made conductive.
As a result of the series resonance properties of the main circuit this thyristor, which consists of the inductance 17 and the corresponding half of the resonant circuit 13, 14 be, the current through the main current electrode path of the thyristor 11 is neutralized after half an oscillation period of the series resonant circuit. The thyristor 11 then goes out and a reverse current pulse flows from its control electrode through the winding 19 and the resistor 5.
This reverse current pulse induces a reverse current pulse through the winding 20 and the resistor 5 'connected in series with it and the latter pulse ignites the thyristor 12. From this moment on the thyristor converter is thus oscillating. As shown in the case of the thyristor 11, who the from the anode or the collector electrode of one of the thyristors through a current limiting resistor 8 and a rectifier 7 to the common point of the capacitor 1 and the resistor 2 are fed negative current pulses.
The upper electrode of the capacitor 1 is negatively charged by these pulses, so that this electrode cannot under any circumstances become so strongly positive via the resistor and compared to the lower electrode of the capacitor 1 that the gas discharge tube 4 is ignited by the voltage across the capacitor 1. As a result of the oscillation of the thyristor converter, the starting circuit is now put out of operation.
If the oscillation condition is no longer met for whatever reason, the starting circuit is immediately put back into operation and generates periodic current pulses through the resistor 5 until the thyristor converter is fanned to oscillate again.
Under certain circumstances, the negative current pulses applied to capacitor 1 via resistor 8 and rectifier 7 could be so strong that the potential of the common point of capacitor 1 and resistor 2 would become negative compared to the negative terminal of supply source 3, and this would The negative voltage across the capacitor 1 could even become so high that the gas discharge tube 4 is ignited as a result. This would again result in premature and undesired start impulses via the resistor 5. To prevent this, a rectifier 9 is connected across the capacitor 1.
This rectifier is blocked for the charging voltage of the polarity of the voltage of the supply source 3 and permeable to the current pulses supplied from the collector of the thyristor 11 via the resistor 8 and the rectifier 7. During operation, the capacitor 1 can therefore not be charged by the current pulses with a polarity opposite to the voltage of the supply source 3.
A first start pulse, which is generated by the non-linear element 4 and applied via the resistor 5, first ignites the thyristor 11. This almost sawtooth-shaped start pulse flows from the ignition electrode of the thyristor 11 to its cathode, polarizing the core 6 in one first direction and goes out on the last with the thyristor 11 during the zero passage of the voltage across this thyristor. On-switch phenomena can occur in the resonant circuit formed by the capacitor 13 and the primary winding 14 of the output transformer 15.
As a result of the presence of the load 18, this oscillation circuit 13-14 is more or less damped. If the load 18 had first been switched off when the converter was switched on, or some element with a threshold voltage e.g. a gas tube, so that it would only take effect at the moment when the threshold voltage across the winding 16 reached a threshold value, the load 18 would not dampen the resonant circuit 13-14 when the transducer was switched on, and the inductance of this circuit would be the same as that of primary winding 14. In the latter case, the switch-on phenomena would last the longest.
In the first instance, these phenomena consist of an alternating voltage V14 across the winding 14 that decreases as a result of the damping. If, after a first start pulse, a second or further start pulse is generated at the moment when the still considerable alternating voltage V14 becomes the DC supply voltage of source 3 added, the maximum permissible voltage for the thyristors may be exceeded, which destroys the thyristors.
In order to prevent this, according to the invention, the time constant of the network consisting of the capacitor 1 and the resistor 2 is selected such that the repetition period of the start pulses generated is so long that the oscillator 5, 5 ', 6, 11 to 20 on switch caused by a first start pulse appear at the moment in which the next start pulse occurs, are almost completely finished. The time between the said start pulses is dependent on the voltage of the DC voltage source 3, the breakdown voltage of the nonlinear element 4 and its extinction voltage.
The switch-on phenomena brought about by a start pulse can be perceived by an oscillograph, their duration can be determined and the time constants of the network 1, 2 can be selected accordingly. E.g. Assume that the duration of the switch-on phenomena is 11 msec, after which their amplitude is reduced to e.g. less than 1/7 of its original value has fallen, which is again twice the voltage of the DC voltage source, that the nominal value of this voltage is <B> 130 </B> V and its maximum value is 143 V,
while the breakdown voltage or the erase voltage of the element 4, e.g. a gas tube of the 75 Cl type, has a minimum value of 110 V or a maximum value of 80 V. The repetition period is thus the time -c during which the capacitor 1 charges from 80 to 110 V via the resistor 2 and through the source 3.
EMI0003.0003
and at r = 0.011 sec R2Ci = 0.0172 sec.
If e.g. Cl = 2 # tF- selected, R. must be at least 8600 <B> 9 </B>.
If the oscillator, as in the present case, contains an oscillating circuit 13-14, from which the generated alternating current is taken, the repetition period de of the start pulses is preferably chosen longer than twice the time constant of this oscillating circuit in the unloaded state.
The resonance frequency and the quality factor Q of the oscillating circuit 13-14 can also be measured in an unloaded state. If this circle e.g. a resonance frequency f of 2000 / sec and a quality factor Q =
EMI0003.0012
of 70, its time will be constant
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equal to _ = 0.0055 sec
EMI0003.0014
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be. After a repetition period longer than or equal to twice this time constant, the amplitude of the switch-on phenomena across the unloaded circuit 13-14 is less than 1 /; the original amplitude has dropped so that it can no longer endanger the thyristor.
So it is found: R2Ci> - 2 X 5.5 msec or> 11 msec.
Of course, the proposed and described measure can be used in all embodiments and variants of the starting circuit according to the main patent.