DE1003362B

DE1003362B - Grid tax rate for gas or vapor-filled discharge vessels with a saturable pulse transformer

Info

Publication number: DE1003362B
Application number: DES45186A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gottfried Moeltgen; Dipl-Ing Wolfgang Meissen; Dipl-Phys Helmut Schwab; Dr-Ing Georg Sichling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-08-16
Filing date: 1955-08-16
Publication date: 1957-02-28

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen Gittersteuersatz für gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße mit einem sättigbaren Impulstransformator mit steuerbarer Vormagnetisierung zur Bestimmung des Zündzeitpunktes.The invention relates to a grid tax rate for gas or vapor-filled discharge vessels with a saturable Pulse transformer with controllable premagnetization to determine the ignition point.

Für die periodische Zündung von gitter- oder zündstiftgesteuerten Entladungsgefäßen sind Spannungsstoßsteuersätze bekannt, die auf magnetischer Grundlage arbeiten und die Zündung durch induzierte Spannungsspitzen bewirken. Als Impulserzeuger dient hierbei ein sättigbarer Transformator, dem einerseits eine aus der Netzwechselspannung erzeugte Dreieckspannung und andererseits eine veränderbare Vormagnetisierung zugeführt wird. Der Kern des Impulstransformators ist dabei so bemessen, daß schon kleine Amperewindungszahlen für die Sättigung ausreichen. Sobald der Fluß auf Grund der Dreieckspannung den Vormagnetisierungsfluß überwiegt, tritt rasch die Sättigung ein, wodurch ein Impuls in der Sekundärwicklung des Transformators erzeugt wird. Die Sekundärwicklung ist in den Zündstromkreis der Entladungsstrecke, z. B. zwischen Kathode und Gitter, geschaltet, und mit Hilfe der veränderbaren Vormagnetisierung kann der Zeitpunkt des Stromrichters gesteuert werden.Voltage surge control sets are used for the periodic ignition of grid or ignition pin-controlled discharge vessels known that work on a magnetic basis and the ignition by induced voltage peaks cause. A saturable transformer serves as a pulse generator, on the one hand one of the AC voltage generated triangle voltage and on the other hand a variable premagnetization supplied will. The core of the pulse transformer is dimensioned so that even small numbers of ampere turns sufficient for saturation. As soon as the flux outweighs the bias flux due to the triangular voltage, saturation occurs rapidly, creating a pulse in the secondary winding of the transformer will. The secondary winding is in the ignition circuit of the discharge path, z. B. between cathode and Grid, switched, and with the help of the changeable premagnetization, the time of the converter can being controlled.

Derartige Steuersätze haben den Nachteil, daß der Impulstransformator eine erhebliche Typengröße besitzen muß. Er hat nämlich die Leistung für den Gitterstromkreis des Stromrichters zu liefern. Es müssen aus diesem Grund und wegen des Amperewindungsvergleichs zwischen Dreieckstrom und Vormagnetisierungsstrom auch die Schaltelemente zur Erzeugung der Dreieckspannung groß dimensioniert werden. Dies erhöht wiederum die Trägheit des Steuersatzes.Such tax rates have the disadvantage that the pulse transformers have a considerable type size got to. Namely, it has to supply the power for the grid circuit of the converter. It must be out for this reason and because of the ampere turns comparison between the delta current and the bias current the switching elements for generating the triangular voltage can also be made large. This in turn increases the inertia of the tax rate.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß zwecks Verkleinerung der Typengröße des Impulstransformators und der übrigen Schaltelemente des Steuersatzes zwischen dem Impulstransformator und dem Entladungsgefäß ein Verstärkerelement in Form eines steuerbaren Schalthalbleiters, insbesondere eines Schalttransistors, angeordnet ist, wobei zur gleichstrommäßigen Trennung von Verstärkerstromkreis und Gitter-Stromkreis und zur Herauftransformation des Zündimpulses ein Gittertransformator dient.These disadvantages are eliminated according to the invention in that in order to reduce the type size of the Pulse transformer and the other switching elements of the control set between the pulse transformer and the discharge vessel an amplifier element in the form of a controllable switching semiconductor, in particular one Switching transistor, is arranged, for the DC separation of amplifier circuit and grid circuit and a grid transformer is used to transform the ignition pulse upwards.

Weiter besteht auch die Möglichkeit, die steuerbare Vormagnetisierung, gegebenenfalls über einen weiteren Transistor als Verstärkerelement, direkt aus dem Vergleichszweig einer Regeleinrichtung zu entnehmen. Alle diese Maßnahmen wirken im Sinne einer Herabsetzung der Regelträgheit. Der als Impulsverstärker verwendete Transistor arbeitet als Schalter, d. h. seine Arbeitsgerade liegt in bekannter Weise nur mit ihrem höchsten und tiefsten Abschnitt innerhalb der Verlusthyperbel und besitzt dort ihre Arbeitspunkte. Der Transistor soll daher im folgenden als Schalttransistor bezeichnet werden. Diese Betriebsweise ist möglich, wenn, wie es bei der Impuls-Gittersteuersatz für gas- oderThere is also the possibility of the controllable premagnetization, if necessary via a further Transistor as an amplifier element, to be taken directly from the comparison branch of a control device. All these measures act to reduce the normal inertia. The one used as a pulse amplifier Transistor works as a switch, i.e. H. its working line lies in a known way only with its highest and deepest section within the loss hyperbola and has its working points there. The transistor should therefore hereinafter referred to as switching transistor. This mode of operation is possible though, as is the case with the pulse grid control rate for gas or

dampfgefüllte Entladungsgefäßevapor-filled discharge vessels

mit einem sättigbaren Impulstransformatorwith a saturable pulse transformer

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Gottfried Möltgen, Nürnberg,Dr.-Ing. Gottfried Möltgen, Nuremberg,

Dipl.-Ing. Wolfgang Meissen, Erlangen,Dipl.-Ing. Wolfgang Meissen, Erlangen,

Dipl.-Phys. Helmut Schwab, Nürnberg,Dipl.-Phys. Helmut Schwab, Nuremberg,

und Dr.-Ing. Georg Sichling, Erlangen,and Dr.-Ing. Georg Sichling, Erlangen,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

verstärkung der Fall ist, der außerhalb der Hyperbel liegende Abschnitt so rasch durchlaufen wird, daß eine unzulässige Erwärmung nicht eintreten kann, und gestattet es, dem Transistor eine wesentlich höhere Leistung zu entnehmen, als seiner Verlustleistung entspricht. amplification is the case, the section lying outside the hyperbola is traversed so quickly that a impermissible heating cannot occur, and allows the transistor a much higher To take power than corresponds to its power loss.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der schematischen Zeichnung. Es stellen darDetails of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment Hand of schematic drawing. It represent

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Steuersatz, insbesondere zur Steuerung von Stromrichtern im Anker- oder Erregerstromkreis einer elektrischen Maschine,Fig. 1 shows a tax rate according to the invention, in particular for controlling power converters in the armature or Excitation circuit of an electrical machine,

Fig. 2 die Entstehung der Impulse im Impulstransformator, Fig. 2 the generation of the pulses in the pulse transformer,

Fig. 3 die Magnetisierungskennlinie des Kernmaterials des Impulstransformators,3 shows the magnetization characteristic of the core material of the pulse transformer,

Fig. 4 a bis 4 c die Form der entstehenden Impulse.Fig. 4 a to 4 c the shape of the resulting pulses.

In Fig. 1 ist die Last 18, im vorliegenden Fall z. B. der Anker eines Motors, über den Stromrichter 17 und die Kathodendrossel 19 an die Sekundärwicklung eines Haupttransformators 20 angeschlossen. Das Gitter des Stromrichters erhält über die Sekundärwicklung 16 eines Transformators 14 eine negative Sperrspannung von der Batterie 13. Die Batterie 28 liefert an den Impulstransformator 7 eine vom Transistor 23 gesteuerte Vormagnetisierung, die über die Wicklung 6 eingeführt wird. An die Wicklung 4 gelangt die aus der NetzwechselspannungIn Fig. 1, the load 18, in the present case, for. B. the armature of a motor, via the converter 17 and the cathode choke 19 is connected to the secondary winding of a main transformer 20. The grid of the Converter receives a negative reverse voltage from the secondary winding 16 of a transformer 14 Battery 13. The battery 28 supplies the pulse transformer 7 with a pre-magnetization controlled by the transistor 23, which is introduced via the winding 6. The AC voltage from the mains reaches the winding 4

609 837/366609 837/366

mit Hilfe der Luftspaltdrossel 1, der sättigbaren Drossel 2 und des Kondensators 3 erzeugte dreieckförmige Spannung. Die Amperewindungszahl der Steuerwicklung 6 ist der der Steuerwicklung 4 entgegengesetzt, und der Kern des Impulstransformators ist so bemessen, daß bereits eine kleine Amperewindungszahl genügt, um ihn zu sättigen. Dies bewirkt, daß der Gesamtfluß der Drossel schnell geändert und an der Sekundärwicklung 5 ein Impuls erzeugt wird. Der Phasenwinkel des Einsatzpunktes dieses Impulses, der für die Zündung maßgebend ist, wird durch die Vormagnetisierung der Wicklung 6 bewirkt und läßt sich durch Einstellung des Vormagnetisierungsstromes verändern. Diese Änderung wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch bewirkt, daß eine mit dem Motor gekuppelte Tachometermaschine 21 eine Istspannung erzeugt, die mit der am Einstellwiderstand 22 abgegriffenen Sollspannung verglichen wird. Die Differenz zwischen Ist- und Sollspannung wird an die Steuerelektrode des Transistors 23 geführt und bewirkt die Änderung des Kollektorstromes und damit der Vormagnetisierung der Wicklung 6.triangular voltage generated with the aid of the air gap choke 1, the saturable choke 2 and the capacitor 3. The number of ampere turns of the control winding 6 is opposite to that of the control winding 4, and the core of the pulse transformer is dimensioned so that already a small number of ampere-turns is enough to saturate it. This causes the total flow of the throttle changed quickly and a pulse is generated on the secondary winding 5. The phase angle of the starting point This pulse, which is decisive for the ignition, is caused by the premagnetization of the winding 6 causes and can be changed by setting the bias current. This change is made in the The illustrated embodiment is caused by the fact that a tachometer machine 21, which is coupled to the motor an actual voltage is generated, which is compared with the setpoint voltage tapped at the setting resistor 22. the The difference between the actual and nominal voltage is fed to the control electrode of transistor 23 and brought about the change in the collector current and thus the premagnetization of the winding 6.

Die von der Sekundärwicklung 5 des Impulstransformators gelieferten Impulse gelangen an die Steuerelektrode 9 des Schalttransistors 8 und steuern dessen Kollektorstrom. Im Kollektorstromkreis ist die Primärwicklung 15 des Gittertransformators 14 angeordnet, welcher die vom Schalttransistor verstärkten Impulse auf die erforderliche hohe Zündspannung bringt und an das Gitter des Entladungsgefäßes überträgt. Dank der Verwendung des Schalttransistors 8 kann die Typenleistung des Impulstransformators 7 gegenüber den bekannten Anordnungen um einen Faktor von ungefähr 4 · 10³ gesenkt werden. Damit verringert sich auch die notwendige Vormagnetisierungsleistung, so daß, wie bereits erwähnt, die steuerbare Vormagnetisierung direkt dem Vergleichszweig einer Regeleinrichtung entnommen werden kann.The pulses supplied by the secondary winding 5 of the pulse transformer reach the control electrode 9 of the switching transistor 8 and control its collector current. The primary winding 15 of the grid transformer 14, which brings the pulses amplified by the switching transistor to the required high ignition voltage and transmits them to the grid of the discharge vessel, is arranged in the collector circuit. Thanks to the use of the switching transistor 8, the type output of the pulse transformer 7 can be reduced ^{by a factor of approximately 4 · 10 3 compared with the known arrangements.} This also reduces the necessary premagnetization power, so that, as already mentioned, the controllable premagnetization can be taken directly from the comparison branch of a control device.

Statt des Gittertransformators könnte im Rahmen der Erfindung auch eine andere Anordnung zur Potentialtrennung Verwendung finden. Der Gittertransformator stellt aber eine bevorzugte Lösung dar, weil er gleichzeitig eine Spannungstransformation ermöglicht. Er muß für die volle Steuerleistung des Stromrichters bemessen sein, jedoch werden an sein Kernmaterial keine besonderen Anforderungen gestellt. An hochwertigem Material für den Impulstransformator und die Drosseln tritt dagegen eine erhebliche Ersparnis ein.Instead of the grid transformer, another arrangement for potential separation could also be used within the scope of the invention Find use. The grid transformer is a preferred solution, because it is at the same time enables a voltage transformation. It must be dimensioned for the full control power of the converter be, but no special requirements are placed on its core material. Of high quality material for the pulse transformer and the chokes, on the other hand, result in considerable savings.

Die Entstehung der Impulse im Impulstransformator ist in Fig. 2 veranschaulicht. Hierin bedeutet α die von den Schaltelementen 1, 2 und 3 erzeugte Dreieckmagnetisierung, b einen bestimmten Wert der steuerbaren Vormagnetisierung. In den Punkten, in denen die Flanken der Dreieckmagnetisierung die Linie der Vormagnetisierung schneiden, entstehen in der Sekundärwicklung des Impulstransformators die schematisch dargestellten Impulse c.The generation of the pulses in the pulse transformer is illustrated in FIG. Here, α means the triangular magnetization generated by the switching elements 1, 2 and 3, b a certain value of the controllable premagnetization. At the points where the flanks of the triangular magnetization intersect the line of the premagnetization, the pulses c shown schematically arise in the secondary winding of the pulse transformer.

Die Form der Impulse ist von wesentlicher Bedeutung für die Steuereinrichtung und soll daher noch näher betrachtet werden. Auf Grund der im unteren Knick stark gekrümmten Magnetisierungslinie des Kernmaterials (vgl. Fig. 3) zeigen die Impulse im wesentlichen die in Fig. 4 a dargestellte Form, die sich durch einen relativ langsamen Anstieg und einen sehr steilen Abfall auszeichnet. Der Kollektorstrom des Schalttransistors 8 hat daher ungefähr den in Fig. 4b dargestellten zeitlichen Verlauf. Da für die im Gittertransformator 14 induzierte Spannung die Änderung des Stromes i_c gemäß der BedingungThe shape of the pulses is of essential importance for the control device and should therefore be considered in more detail. Due to the strongly curved magnetization line of the core material in the lower bend (cf. FIG. 3), the pulses essentially show the shape shown in FIG. 4 a, which is characterized by a relatively slow rise and a very steep fall. The collector current of the switching transistor 8 therefore has approximately the time profile shown in FIG. 4b. Since for the voltage induced in the grid transformer 14 the change in the current i _c according to the condition

U=L -~- maßgebend ist, ist es zweckmäßig, den Gitter- U = L - ~ - is decisive, it is advisable to use the lattice

transformator so zu polen, daß die steile Flanke des Kollektorstromes die zur Zündung führende Spitzenspannung erzeugt. In Fig. 4 c ist diese Spitzenspannung dargestellt und mit U₁₆ bezeichnet.Pole transformer in such a way that the steep edge of the collector current generates the peak voltage leading to ignition. This peak voltage is shown in FIG. 4 c and designated by U ₁₆ .

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Verwendung von ^w/i-Transistoren. Es ist einleuchtend, daß man beim Aufbau der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung nicht an die Verwendung dieses speziellen Typs gebunden ist, sondern auch Transistoren beliebigen anderen Typs bei entsprechender Abwandlung der Schaltung heranziehen kann.The embodiment shown in Fig. 1 shows the use of ^ w / i transistors. It is obvious that when building the control device according to the invention, the use of this special Type is bound, but also transistors of any other type with a corresponding modification of the Circuit can use.

Claims

PATENTED KITCHEN:

1. Grid tax rate for gas or vapor-filled discharge vessels with a saturable pulse transformer with controllable premagnetization for determining the ignition point, characterized in that, that in order to reduce the type size of the pulse transformer and the other switching elements of the control set between the pulse transformer and the discharge vessel an amplifier element is arranged in the form of a controllable switching semiconductor, in particular a switching transistor, whereby for the DC separation of amplifier circuit and grid circuit and for A grid transformer is used to transform the ignition pulse.

2. grid tax rate according to claim 1, characterized in that the secondary winding of the grid transformer is polarized so that the steep back flank of the pulse supplied by the amplifier element supplies the ignition voltage peak.

3. Grid control set according to claims 1 or 2, characterized in that the controllable bias current of the pulse transformer, optionally with the interposition of a further transistor as an amplifier element, is taken directly from the comparison branch of a control device.

1 sheet of drawings