DE1236562B - Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen entgegengesetzter Polaritaet - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche KL: 21 al - 36/02

Nummer: 1236 562

Aktenzeichen: J 29097 VIII a/21 al

Anmeldetag: 1. Oktober 1965

Auslegetag: 16. März 1967

Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen entgegengesetzter Polarität an der Sekundärwicklung eines Transformators, an dessen Primärwicklung durch die Steuerung von Thyristoren Erregerströme ein- und ausschaltbar sind.

Bekannte Einrichtungen dieser Art (USA.-Patentschrift 3120 633) sind so ausgebildet, daß neben der in Form eines Impulses wirkenden Steuerspannung für die Durchschaltung eines Halbleiters eine weitere, am Ende des Steuerimpulses auftretende Gegenspannung vorgesehen ist. Diese Gegenspannung hat die Aufgabe, an den Elektroden des Thyristors eine Vorspannung herzustellen, durch welche die nach dem Verschwinden des Steuerimpulses noch anhaltende Durchschaltung des Thyristors aufgehoben wird. Die Gegenspannung wird erzeugt durch einen aus Kondensator und Induktivität bestehenden Serienresonanzkreis, an dem nach der Abschaltung des Steuerimpulses eine gedämpfte Schwingung abgeleitet wird. Der Nachteil der bekannten Einrichtung besteht darin, daß die Amplitude der gedämpften Schwingung unabhängig ist von der Belastung des Generators, so daß bei ungleichmäßigen Belastungen des Generators die gleichbleibende Gegenspannung am Ausgang des Generators ungleichmäßige Signalformen zur Folge hat. Bei dieser bekannten Einrichtung besteht ferner der Nachteil, daß eine größere Anzahl von Thyristoren erforderlich ist, von deren Funktion die Betriebssicherheit des Generators abhängt. Bei dieser Einrichtung ist es notwendig, die einzelnen Thyristoren durch aufwendige Maßnahmen gegen Überlastung zu sichern.

Die Nachteile der bekannten Einrichtung werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß der eine Pol einer Gleichspannung mit einem Abgriff der Primärwicklung des Transformators und je ein Endpunkt der Primärwicklung durch die Parallelschaltung eines Schwingkreises und eines impulsgesteuerten Thyristors mit einem anderen Pol der Gleichspannung verbunden ist, und daß die Halbleiter abwechselnd zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten stromleitend geschaltet werden.

Diese Maßnahme bietet den Vorteil, daß die Amplitude der Gegenspannung, die dem Thyristor bei Unterbrechung der Durchschaltung zugeführt wird, von der Belastung des Generators abhängig ist. Die Signalform der Impulse, die vom Generator erzeugt werden, bleibt dadurch auch bei wechselnder Belastung des Generators erhalten. Durch die erwähnte Schaltung des Generators besteht ferner die Mög-Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen
entgegengesetzter Polarität

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H.-E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

John Robert Cielo, Kingston, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 1. Oktober 1964 (400 712)

lichkeit, die einzelnen Thyristoren in einfacher Weise gegen Überlastung zu sichern, so daß die Betriebssicherheit des Generators erhöht wird.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden an Hand der Abbildungen näher erläutert.

Die grundsätzliche Wirkungsweise der erwähnten Einrichtung ist dargestellt in Fig. 1. Die positive Klemme der Gleichspannung 10 ist mit dem mittleren Abgriff, der Primärwicklung des Transformators 11 verbunden. Die beiden Endpunkte der Primärwicklung sind über je eine Parallelschaltung, bestehend aus einem Schwingkreis und einem Thyristor mit der negativen Klemme der Gleichspannung 10 verbunden. Die eine der beiden Parallelschaltungen besteht aus dem Thyristor 18, dem ein Serienresonanzkreis, bestehend aus einer Induktivität 15 und einem Kondensator 14, parallel geschaltet ist. Die andere Parallelschaltung besteht aus dem Thyristorleiter 19, dem ein Serienresonanzkreis, bestehend aus der Induktivität 17 und dem Kondensator 16, parallel geschaltet ist. Durch diese Schaltung werden in aufeinanderfolgenden Perioden an den Klemmen 12 und 13 der Sekundärwicklung des Transformators 11 Impulse entgegengesetzter Polarität erzeugt. Die Erzeugung der Impulse ergibt sich durch Steuerimpulse, die den beiden Thyristoren 18 und 19 in aufeinanderfolgenden Halbperioden zugeführt werden, und durch die Amplituden einer Schwingung, die aus den Resonanzkreisen während der Durchschaltung der Dioden abgeleitet werden.

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Der Kondensator eines Resonanzkreises wird auf- tivität und einer Kapazität 26, 27 bzw. 29 und 28.

geladen, wenn der dem Resonanzkreis parallel- Jeder dieser beiden Schwingkreise ist einschaltbar

geschaltete Thyristor gesperrt ist. durch einen Thyristor 30 bzw. 31. Die in F i g. 2

Während einer ersten Halbperiode wird der dargestellte Schaltungsanordnung hat im wesent-Steuerelektrode des Thyristors 18 ein Steuerimpuls 5 liehen die gleiche Wirkung wie die Schaltungszugeführt, so daß dieser stromleitend wird. Dadurch anordnung nach Fig. 1. Bei der Anordnung nach entsteht ein Strom über die eine Hälfte der Primär- Fig. 2 können jedoch die beiden Wicklungshälften wicklung des Transformators 11 und den Thyristor der Primärwicklung verschiedene Werte aufweisen, 18, solange der Steuerimpuls andauert. Während der im Gegensatz zur Fig. 1, bei der die beiden Hälften Durchschaltung des Thyristors 18 ergibt sich über io der Primärwicklung genau gleich sind,
die Halbleiterstrecke eine Entladung des Konden- Die Schaltung nach F i g. 2 wird für den Betrieb sators 14, so daß durch die Elemente 14 und 15 des vorbereitet durch Schaltsignale, die den beiden Resonanzkreises Amplituden einer vorgegebenen Thyristoren 30 und 31 zugeführt werden. Die DurchSchwingung erzeugt werden. Diese Amplituden sind schaltung dieser beiden Thyristoren bewirkt, daß so bemessen, daß nach Wegfallen des Steuerimpulses 15 die beiden Kondensatoren 27 und 28 auf das Potenan der Elektrode des Thyristors 18 an der Anoden- tial der Gleichspannung 20 aufgeladen werden. Die Kathoden-Strecke des Thyristors ein Sperrsignal ge- beiden Kondensatoren nehmen eine Ladespannung bildet wird. Dieses unterbricht den Strom durch den an, die abhängig ist von der Zeitdauer der Aufladung, Thyristor 18, der als Siliziumdiode ausgebildet sein d. h., die Betriebsspannung der Kondensatoren kann kann. Die Stromspannungs-Charakteristik einer sol- 20 für den nachfolgenden Betrieb wahlweise eingestellt chen Siliziumdiode ist so beschaffen, daß auch nach werden. Die Entladung der beiden Kondensatoren Abschalten eines Steuerimpulses die Durchschaltung wird verhindert durch die Sperrwirkung der Dioden der Diode aufrechterhalten wird, wenn der Diode 33, 34, 37 und 38.

keine geeignete Sperrspannung zugeführt wird. Wäh- Nachdem die beiden Kondensatoren 27 und 28 in

rend der Dauer des Steuerimpulses wurde durch die 25 den Betriebszustand versetzt wurden, werden der

eine Hälfte der Primärwicklung des Transformators Schaltung die in F i g. 3 dargestellten Taktsignale

11 ein Impuls geleitet, durch den in der Sekundär- zugeführt. Es sei angenommen, daß zur Zeit T₀ der

wicklung des Transformators eine Spannung indu- Thyristor 24 durch einen Steuerimpuls durchgeschal-

ziert wird, die als Impuls der einen Polarität an den tet wird. Es bildet sich ein Stromkreis von der

Klemmen 12, 13 der Sekundärwicklung abgeleitet 30 Gleichspannung 20 durch die Diode 33 und über die

wird. Kathoden-Anoden-Strecke des Thyristors 24, wo-

Während der nächsten Halbperiode der Impuls- durch in der Sekundärwicklung des Transformers

erzeugung erfolgt in gleicher Weise durch einen 21 ein Impuls der ersten Polarität erzeugt wird. Die

Steuerimpuls die Durchschaltung des Thyristors 19, Durchschaltung des Thyristors 24 erfolgt während

so daß durch die zweite Hälfte der Primärwicklung 35 der ersten Halbperiode des Generatorzyklus. Wäh-

des Transformators 11 ein Strom begrenzter Dauer rend dieser Zeit entlädt sich der Kondensator 27

geleitet wird. Die Durchschaltung des Thyristors 19 über den Thyristor 24, die Diode 36 und die Induk-

wird beendet durch die Abschaltung des Steuer- tivität 26. In diesem Entladekreis bewirkt der

impulses an der Steuerelektrode und durch ein Signal Schwingkreis der Elemente 26 und 27 den ersten

aus dem Serienresonanzkreis der Elemente 16 und 4° Amplitudenausschlag einer gedämpften Schwin-

17. Während der Dauer der Durchschaltung des gung, die dann unterbrochen wird durch die Sperr-

Thyristors 19 wurde durch die zweite Hälfte der wirkung der Diode 36. Die erste Halbperiode der

Primärwicklung des Transformators 11 ein Strom Impulserzeugung wird sodann unterbrochen durch

geleitet, der in der Sekundärwicklung des Trans- die Abschaltung des Steuerimpulses an der Steuer-

formators eine Spannung induziert, die an den Klem- 45 elektrode des Thyristors 24.

men 12 und 13 in Form eines Impulses der zweiten Wenn der Steuerimpuls am Thyristor 24 abge-

Polarität abgeleitet wird. Die in aufeinanderfolgen- schaltet ist, wird der Steuerelektrode des Thyristors

den Halbperioden durchgeführte Ein/Ausschaltung 30 ein Steuerimpuls zugeführt. Dieser bewirkt die

der beiden Thyristoren 18 und 19 ergibt somit an Schließung des Resonanzschwingkreises der EIe-

den Klemmen 12 und 13 der Sekundärwicklung 50 mente 26 und 27, so daß dieser die zweite HaIb-

des Transformators eine Impulsfolge wechselnder schwingung ausführen kann. Durch diese HaIb-

Polarität. schwingung ergibt sich an der Anode des Thyristors

Eine weitere Ausführungsform des Impulsgenera- 24 eine Vorspannung, welche die Sperrung des tors ist dargestellt in Fig. 2. Diese Ausführung ent- Thyristors zur Folge hat. Nachdem die Durchschalhält die Gleichspannung 20, die mit dem Mittelabgrifi 55 tung des Thyristors 24 gesperrt ist, wird die Durchder Primärwicklung des Transformators 21 verbun- schaltung des Thyristors 30 noch eine kurze Zeit den ist, um durch geeignete Umschaltung der Gleich- aufrechterhalten, so daß der Resonanzschwingkreis spannung in den beiden Wicklungshälften der geschlossen bleibt und der Kondensator 27 aufPrimärwicklung in der Sekundärwicklung des Trans- geladen werden kann. Diese Aufladung ist proporformators Impulse wechselnder Polarität zu erzeu- 60 tional zum Wert des Belastungsstromes der Sekundärgen, die dem Belastungswiderstand 22 zugeführt wicklung des Transformators, der durch die Größe werden. Die durch die Primärwicklung des Trans- des Belastungswiderstandes 22 bemessen wird. Dieformators 21 fließenden Ströme werden durch ser Belastungsstrom bewirkt in der zugeordneten Ein/Ausschaltung der Thyristoren 24 und 25 um- Wicklungshälfte der Primärwicklung ein magnegeschaltet. Diese Umschaltung erfolgt durch Steuer- 65 tisches Feld, das nach Unterbrechung des Primärimpulse, die den Elektroden der Thyristoren 24 und stromes eine Induktionsspannung zur Folge hat, 25 zugeführt werden, sowie durch Signale der beiden welche die elektrische Energie für die Aufladung Serienresonanzkreise, bestehend aus einer Induk- des Kondensators 27 liefert. Die Ladespannung des

Kondensators 27 ist daher proportional zur Belastung des Transformers durch den Widerstand 22. Die Aufladung des Kondensators 27 durch die Induktionsspannung der Primärwicklung des Transformers hat ferner den Vorteil, daß die im Primär- kreis des Transformers erzeugten Schaltspannungen nicht auf den Belastungswiderstand 22 übertragen werden.

Während der zweiten Halbperiode des Generatorzyklus wird der Steuerelektrode des Thyristors 25 ein Steuerimpuls zugeführt, der den Thyristor durchschaltet. Diese Durchschaltung bewirkt einen geschlossenen Stromkreis von der Gleichspannung 20 über die zweite Wicklungshälfte des Transformators 21, die Diode 34 und den Thyristor 25, wodurch in der Sekundärwicklung des Transformators ein Impuls entgegengesetzter Polarität erzeugt wird, der die zweite Halbperiode des Generatorzyklus darstellt. Der Durchschaltung des Thyristors 25 erfolgt die Durchschaltung des Thyristors 31, so daß nach Unterbrechung des Steuerimpulses am Thyristor 25 für dessen Anode eine geeignete Sperrspannung abgeleitet werden kann, wie dies an Hand der Beschreibung der ersten Halbperiode bereits erläutert wurde. Nach der Steuerung der beiden Halbperioden eines Generatorzyklus können in gleicher Weise weitere Zyklen gesteuert werden, so daß im Belastungswiderstand 22 eine Folge von Impulsen wechselnder Polarität zugeführt wird.

Sollte an den Klemmen der Sekundärwicklung des Transformators ein Kurzschluß auftreten, so ergeben sich an den Kondensatoren 27 und 28 Ladespannungen, die zur funktionsrichtigen Schaltung, d. h. zur Bildung von ausreichenden Sperrspannungen an den Thyristoren 24 und 25 nicht ausreichen. Für einen Störungsfall dieser Art kann die Durchschaltung eines Thyristors nach Wegfallen des zugeordneten Steuerimpulses durch die Sperrspannung nicht mehr unterbrochen werden. In dieser Weise bleibt die Durchschaltung des Thyristors nach einer Halbperiode bestehen, und der andere Thyristor wird in der nächsten Halbperiode eingeschaltet. Daraus ergibt sich zwischen dem Mittelabgriff der Primärwicklung des Transformators 21 und der Gleichspannung 20 ein unzulässig hoher Strom, der durch eine geeignete Sicherungseinrichtung abgeschaltet wird. Diese Sicherung, die zwischen dem Mittelabgriff der Primärwicklung und der Gleichspannung 20 eingebaut ist, kann so bemessen sein, daß kurze Überströme, die z. B. durch kurzseitige Überlappungen der Schaltzeiten der beiden Thyristoren 24 und 25 auftreten können, kein Ansprechen der Sicherung zur Folge haben.

Wenn aus irgendeinem Grunde die Abschaltung einer der beiden Thyristoren unterbleibt, so erfolgt das Ansprechen der Sicherung. Wenn dagegen einer der beiden Thyristoren ständig ausgeschaltet bleibt, so kann die andere Hälfte der Schaltung ungestört weiterarbeiten. Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht darin, daß die aus einer Hälfte der Primärwicklung des Transformers 21 abgeleitete Induktionsspannung, die Erholungszeit der beiden Dioden 37 und 38 abkürzt, wenn die Durchschaltung der Thyristoren 24 und 25 beendet wird. Diese Abschaltung der Thyristoren 24 und 25 bewirkt eine Impedanz, welche Gegenspannungen zur Verhinderung der Erholungszeit von den anderen eingeschalteten Thyristoren 30 und 31 fernhält. Wenn Siliziumdioden als Thyristoren verwendet werden, besteht die Möglichkeit, daß bei Vorhandensein von Anoden-Kathoden-Spannungen von sehr steiler Impulsflanke eine Durchschaltung des Thyristors erzielt wird, obwohl an der Steuerelektrode kein Steuerimpuls vorhanden ist. Die schädlichen Folgen dieser Erscheinung werden bei vorliegender Schaltungsanordnung durch i?C-Schaltungen vermieden, die den Thyristoren parallel geschaltet sind. Eine dieser i?C-Schaltungen, die dem Thyristor 24 parallel geschaltet ist, besteht aus dem Kondensator 41 und dem Widerstand 40. Die Kapazität des Kondensators 41 ist so bemessen, daß ihr Wert wesentlich kleiner ist als der Kapazitätswert des Kondensators 27. Die Parallelschaltung der RC-Schaltung hat zur Folge, daß die Vorderflanken der an den Thyristoren 24, 25 und 30, 31 auftretenden Impulse wesentlich abgeflacht werden.

Ein rascher Spannungsanstieg an den Thyristoren besteht dann, wenn z. B. der Thyristor unverzüglich nach der Abschaltung des Thyristors 24 durchgeschaltet wird, so daß sich der Kondensator 27 über den Thyristor 30 und die Diode 37 entladen kann. Die Induktivität 26 unterstützt diesen Entladevorgang, bis der Kondensator 27 eine gegenpolige Ladespannung annimmt. Da in dieser Schleife die Stromrichtung nicht umgekehrt werden kann, ergibt sich nach dem Auftreten der gegenpoligen Ladespannung am Kondensator 27 ein Abfallen der Spannung an der Induktivität 26 auf Null, daraus würde sich sofort am Thyristor eine durchschaltende Vorspannung ergeben. Wenn die Vorderflanke dieser Signalspannung zu steil ist, wird der Thyristor 24 erneut durchgeschaltet. Die i?C-Schaltung hat jedoch die Wirkung, daß ein Teil dieser Durchschaltespannung durch den Kondensator 41 aufgenommen wird, so daß sich die Vorderflanke dieser Spannung wesentlich abflacht.

Eine andere Ausführungsform des Impulsgenerators ist dargestellt in F i g. 4. Bei diesem Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß die Klemme 51 der Gleichspannung 50 bezüglich der Klemme 52 ein positives Potential aufweist und daß ferner die Klemme 52 positiv ist gegenüber der Klemme 53. Damit ergibt sich von der Klemme 51 über die Klemme 52 zur Klemme 53 eine Abstufung von höheren nach niederen Potentialwerten. Ein Ausgangsimpuls der ersten Halbperiode des Generatorzyklus wird erzeugt durch das Potential zwischen den Klemmen 51 und 52 der Gleichspannung, das durch den Thyristor 55 und die Diode 56 umgeschaltet wird. Der Ausgangsimpuls der anderen Halbperiode wird erzeugt durch die Gleichspannung an den Klemmen 52 und 53, die durch den Thyristor 58 über die Diode 59 umgeschaltet wird. Die Thyristoren 60 und 61 und die übrigen Teile der Schaltung nach F i g. 4 werden durch Steuerimpulse betrieben, wie dies an Hand der Schaltung nach F i g. 2 bereits beschrieben wurde. In diese Schaltung können ebenfalls ÄC-Glieder eingesetzt werden, die in F i g. 4 nicht näher dargestellt sind. Bei dieser Schaltung ist lediglich zu beachten, daß die Primärwicklungen des Transformators 62 den in der Schaltung angegebenen Wickelsinn aufweisen, damit an den Ausgangsklemmen 64 aufeinanderfolgende Impulse entgegengesetzter Polarität erzeugt werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen entgegengesetzter Polarität an der Sekundärwicklung eines Transformators, an dessen Primär-

wicklung durch die Steuerung von Thyristoren Erregerströme ein- und ausschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Pol einer Gleichspannung (10) mit einem AbgriH der Primärwicklung des Transformators und je ein Endpunkt der Primärwicklung durch die Parallelschaltung eines Schwingkreises (14, 15; 16, 17) und eines impulsgesteuerten Thyristors (18, 19) mit einem anderen Pol der Gleichspannung verbunden ist und daß die Halbleiter abwechselnd zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten stromleitend geschaltet werden.

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwingkreis (26, 27) einen ersten Thyristor (24) nach dessen Stromunterbrechung durch einen zweiten Thyristor (30) parallel geschaltet wird.

3. Impulsgenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten

Thyristor (24) eine Diode (37) und dem zweiten Thyristor (30) eine Diode (36) parallel geschaltet sind.

4. Impulsgenerator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Thyristor (24) ein i?C-Glied (40, 41) und dem zweiten Thyristor (30) ein i?C-Glied parallel geschaltet sind.

5. Impulsgenerator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Endpunkt der Primärwicklung des Transformators und der Parallelschaltung des ersten Thyristors (24) und des Schwingkreises (26, 27) eine Diode (33) angeordnet ist.

6. Impulsgenerator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gleichspannung (20) und dem Abgriff der Primärwicklung des Transformators eine Überstromsicherung angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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