-
Anordnung zum kontaktlosen Schalten leistungsstarker Kondensatorentladungen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus ruhenden Schaltelementen zur Erzeugung
eines kurzzeitigen starken Stromimpulses durch Entladung von Kondensatoren.
-
Es ist bekannt, die in einem Kondensator gespeicherte Energie zur
Auslösung von Schaltvorgängen zu benutzen. Besonders zum Auslösen elektrodynamisch
angetriebener Schnellschalter wird dieses Prinzip verwendet, aber auch zur Fremdschnellauslösung
von Schnellschaltern mit steuerbaren Magnetkreisen.
-
Es ist üblich, die Entladung des Kondensators über einen kontaktlosen
steuerbaren Schalter vorzunehmen, weil nur eine Schaltanordnung ohne mechanisch
bewegte Teile eine zur Auslösung von Schnellschaltvorgängen genügend geringe Verzugszeit
besitzt. Hierzu werden bislang Drei-Elektroden-Funkenstrecken, Zündstiftentladungsgefäße
oder Hochstrom-Kaltkathoden-Schaltröhren verwendet.
-
Alle diese bekannten Schalteinrichtungen befriedigen aber nicht recht.
Die Ansprechwerte einer normalen Drei-Elektroden-Funkenstrecke streuen so stark,
daß sie für eine Sicherheitsschaltung kaum eingesetzt werden kann. Offene Funkenstrecken
sind außerdem den Einflüssen des Umgebungsklimas und den Druckveränderungen beim
Einbau in verschiedener Höhe über Normalnull ausgesetzt. Ein Zündstiftentladungsgefäß
braucht zum Zünden eine recht beträchtliche Steuerleistung und muß daher über ein
besonderes Gasentladungsgefäß gesteuert werden. Eine Hochstrom-Kaltkathoden-Schaltröhre
mit Starter und Hilfsanode verbraucht dauernd Leistung. Beide erfordern einen hohen
technischen Aufwand und sind entsprechend teuer.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ebenso billige wie
technisch zuverlässige Schaltanordnung zu schaffen, die sich zum kontaktlosen Schalten
von leistungsstarken Kondensatorentladungen eignet.
-
Die Erfindung besteht darin, daß im Entladestromkreis des auf eine
Spannung U, aufgeladenen Kondensators mehrere in Reihe geschaltete, an sich bekannte
Gasentladungsableiter angeordnet sind, deren Gesamtzündspannung größer ist als die
Kondensatorspannung U, und von denen durch äußere Steuermittel so viele Ableiter
direkt gezündet werden, daß die dann plötzlich an den restlichen Ableitern liegende
Kondensatorspannung größer als die Gesamtzündspannung dieser Ableiter ist und diese
ebenfalls durchzünden.
-
Derartige Gasentladungsableiter sind als überspannungsableiter für
Fernmeldeanlagen an sich bekannt. Sie bestehen aus zwei Elektroden mit genau fixiertem
Abstand in einem vakuumdicht verschlossenen Glasgefäß mit einer Edelgasfüllung bestimmten
Druckes. Es hat sich herausgestellt, daß die Ansprechspannung sehr konstant ist
und daß die Ableiter Stoßströme bis 10 Kiloampere öfter hintereinander auch in kurzer
Folge schalten können, ohne daß sich die Ansprechwerte ändern. Die Ansprechwerte
im belichteten bzw. unbelichteten Zustand sind gleich.
-
Die erfindungsgemäße Schaltanordnung ist sehr wirtschaftlich und betriebssicher.
Der technisch-wirtschaftliche Aufwand bei Verwendung eines Zündstiftentladungsgefäßes
oder einer Kaltkathoden-Hochstromschaltröhre oder der erfindungsgemäßen Anordnung
verhält sich wie 40: 20: 1.
-
Die äußeren Steuermittel bestehen nach einer Weiterbildung der Erfindung
aus einem vom Spannungsabfall an einem ohmschen Widerstand ausgesteuerten Vorverstärker,
der seinerseits eine monostabile Kippschaltung steuert, deren beim Kippen entstehender
Ausgangsimpuls über einen Leistungstransistor in einen Stromstoß für einen Zündspannungstransformator
umgewandelt wird, dessen Sekundärspule über einen Koppelkondensator parallel zu
den direkt zündbaren Gasentladungsableitern liegt.
-
An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll
die Erfindung näher erläutert werden.
-
In der zu schützenden Gleichstromleitung 1 liegt ein Schnellschalter
2, der über den elektrodynamischen Auslöser 3 gesteuert wird. In dem stark ausgezogenen
Entladestromkreis 4 des Kondensators 5 liegen in Reihe die beiden Gasentladungsableiter
6 und 7. Parallel zu dem Ableiter 7 liegt über den Koppelkondensator 9 die Sekundärspule
des Zündtransformators B. Die maximale Ladespannung des Kondensators 5 ist kleiner
als die Gesamtzündspannung
der beiden Ableiter 6 und 7. Sie ist
aber größer als die Zündspannung des Ableiters 6. Die Einzelzündspannung der Ableiter
kann z. B. zwei Drittel der maximalen Ladespannung des Kondensators 5 betragen.
-
Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: In der zu schützenden Gleichstromleitung
1 liegt ein Meßwiderstand 10, dessen Spannung einem elektronischen Anregeglied zugeführt
wird. Das Anregeglied besteht aus einer Vorverstärkerstufe V, einer monostabilen
Kippstufe K und einer Endstufe E. Der Spannungsabfall am Widerstand 10 wird der
Vorverstärkerstufe V zugeleitet und dort so weit verstärkt, daß die Aussteuerung
der Kippstufe K im Auslösefall gewährleistet ist. Im normalen Betrieb ist nur der
Transistor 12 im leitenden Zustand. Der Transistor 11 sperrt, solange die Spannung
an seiner Basis nicht den Ansprechschwellwert erreicht hat. Überschreitet die vom
Vorverstärker V gelieferte Steuerspannung diesen Wert, so bewirkt eine kleine Änderung
des Emitterstromes des Transistors 11 eine entgegengesetzte größere Änderung des
Emitterstromes des zweiten Transistors 12, so däß der Spannungsabfall über den gemeinsamen
Emitterwiderstand 14 kleiner wird. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 11
steigt aus diesem Grunde an, sein Emitterstrom wird infolgedessen noch weiter erhöht,
während sich der Emitterstrom des zweiten Transistors noch weiter verkleinert usw.
Der Kippvorgang ist beendet, wenn der Transistor 12 sperrt und der Transistor
11 leitend ist. In diesem Augenblick springt die Basisspannung des Leistungstransistors
13 so weit ins Negative, daß der Transistor sprunghaft leitend wird.
-
Dadurch wird in dem in der Kollektorleitung liegenden Zündtransformator
8 ein Zündspannungsimpuls erzeugt, der den Gasentladungsableiter 7 zum Ansprechen
bringt. Im Augenblick des Ansprechens desAbleiters 7 liegt praktisch die volle Ladespannung
des Kondensators 5 am Ableiter 6; so daß dieser Ableiter ebenfalls durchzündet und
der Kondensator sich mit einem starken Stromstoß von einigen Kiloampere über diePrimärspule
des elektrodynamischen Auslösers 3 entlädt.
-
Die induktiv eng gekoppelte, aus nur einer Windung bestehende Sekundärspule
des Auslösers 3 wird daraufhin mit großer Kraft von der feststehenden Primärspule
abgestoßen und öffnet den Schnellschalter 2. Der Zeitverlust vom Beginn der Anregung
des Anregegliedes bis zur Entladung der elektrischen Energie des Kondensators liegt
in der Größenordnung von 0,01 bis 0,1 ms.