DE1254776B - Schaltungsanordnung zur Steuerung von antiparallel geschalteten Dampf- oder Gasentladungsgefaessen, die zum Schalten einer im Leistungsfaktor veraenderlichen Belastung dienen - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Steuerung von antiparallel geschalteten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen, die zum Schalten einer im Leistungsfaktor veränderlichen Belastung dienen Bei einer mit kurzzeitigen Steuerimpulsen erfolgenden Steuerung von Dampf- oder Gasentladungsgefäßen muß dafür gesorgt werden, daß an der Anode des zu zündenden Gefäßes positives Potential gegenüber der Kathode des Gefäßes liegt, wenn es darauf ankommt, Zündaussetzer zu vermeiden. Ein Steuerbefehl für das Gefäß kann nur dann gespeichert werden, wenn besondere Maßnahmen ergriffen werden, wie z. B. das Verlängern des Steuerimpulses bis zum Einsetzen der positiven Anodenspannung oder das Einfügen einer Hilfsanode in das Gefäß, die schon im Augenblick der Zuführung des Steuerimpulses positives Potential hat.
• Bei Gefäßen, die über Fremdsteuereinrichtungen betrieben werden, stoßen beide Lösungen auf Schwierigkeiten. Einmal erlaubt in der Regel die Steuerelektrode eines Gefäßes, insbesondere der Zündstift eines Ignitrons, keine stärkere lang andauernde Belastung, und zum anderen führt der Einbau einer Hilfsanode in das Gefäß zu einer beträchtlichen Kostenerhöhung.
• Ziel der Erfindung ist es, Fremdsteuereinrichtungen für die vorgenannten Gefäße, insbesondere für hilfsanodenlose Ignitrone, bei wechselndem Leistungsfaktor (cos 99) der angeschlossenen Last brauchbar zu machen. Das Schwanken des Leistungsfaktors tritt dann meist auf, wenn als Belastung ein Widerstandsschweißtransformator dient. Der sich ändernde Widerstand des Schweißgutes hat eine zum Teil erhebliche Phasenwinkeländerung des Stromes während des Schweißvorganges zur Folge. Die gleiche Wirkung hat das Einbringen von Eisenteilen in den Raum zwischen den Zuführungen zu den Schweißelektroden. An sich könnte entsprechend dem ungünstigsten Leistungsfaktor ein genügend großer Zündverzögerungswinkel gewählt werden. Dies hätte jedoch eine ungünstige Ausnutzung der elektrischen Ausrüstung und eine ungünstige Belastung des speisenden Wechselspannungsnetzes zur Folge.
• Für die Zündung nennenswerten Steuerstrom benötigende Gefäße, insbesondere Ignitrone, ist die sogenannte Anodenzündschaltung bekannt. Bei dieser fließt ein die Steuerelektrode des Gefäßes beaufschlagender Steuerstrom über den Lastwiderstand, der demnach hinreichend niederohmig sein muß. Wenn der Lastwiderstand durch einen Transformator gebildet wird, dann muß damit gerechnet werden, daß der Transformator zeitweilig im Leerlauf betrieben wird. In diesem Fall kann es vorkommen, daß der Magnetisierungsstrom des Transformators unter dem zur Zündung erforderlichen Mindeststeuerstrom bleibt, wodurch Zündaussetzer entstehen. Demgemäß betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von antiparallel geschalteten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen, die zum Schalten einer im Leistungsfaktor veränderlichen Belastung dienen, wobei zur Erzeugung von gegenüber einer Halbwelle der Netzwechselspannung kurzen Steuerimpulsen, die den Steuerelektroden der Entladungsgefäße zugeführt werden, Fremdsteuereinrichtungen vorgesehen sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdsteuereinrichtungen hinsichtlich der Phasenlage der Steuerimpulse für eine auch bei kleinem Zündverzögerungswinkel erfolgende Steuerimpulserzeugung ausgelegt sind, daß eine Sperrvorrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der zwischen Anode und Kathode des jeweiligen Entladungsgefäßes liegenden Spannung gesteuert wird, und daß die Sperrvorrichtung derart auf die Fremdsteuereinrichtungen einwirkend ist, daß die Auslösung der Steuerimpulse nur und so lange verzögert wird, bis die zwischen Anode und Kathode liegende Spannung für das in Frage kommende Entladungsgefäß einen positiven Mindestwert überschritten hat.
• Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Zeitdiagramme in den F i g. 1 und 2 sowie ein in F i g. 3 dargestelltes Ausführungsbeispiel.
• In F i g. 3 liegen zwischen Phasen 1 und 2 eines speisenden Wechselstromnetzes antiparallel geschaltete Ignitrone 3 und 4 in Reihe geschaltet mit einem Transformator 5, auf dessen Sekundärseite sich ein Lastwiderstand 6 befindet. Es wird zunächst angenommen, daß durch irgendein Mittel über eine Fremdsteuereinrichtung 19 für eine abwechselnde Zündung der Ignitrone 3 und 4 gesorgt wird. Damit ergeben sich die in F i g. 1 über der Zeit t dargestellten Spannungs- und Stromverläufe. Der Strom i eilt der Netzspannung u um den Phasenwinkel cp nach. Bis zum Zeitpunkt t, ist das Ignitron 3 stromführend. Letzteres erlischt erst beim Nullwerden des Stromes, genauer gesagt dann, wenn die Gegenspannung des Transformators 5 die zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens nötige Brennspannung UB unterschreitet. Bis zu diesem Zeitpunkt liegt an der Anoden-Kathoden-Strecke des Ignitrons 3 eine positive Spannung, so daß die Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke des zum Ignitron 3 antiparallel geschalteten Ignitrons 4 einen negativen Wert hat. Eine Zündung des Ignitrons 4 vor dem Zeitpunkt t1 ist also nicht möglich. Ist zufällig vor t1 der nur etwa 10-4 Sekunden andauernde von der Fremdsteuereinrichtung 19 abgegebene Steuerimpulse auf den Zündstift des Ignitrons 4 gelangt, so bleibt die Zündung aus; es gibt eine Fehlzündung, und der Transformator 5 läuft Gefahr, beim Eintreffen der nächsten positiven Spannungshalbwelle gesättigt zu werden.
• Erfindungsgemäß wird nun durch eine an Punkten 161 und 171 von an sich bekannten Kippschaltungen 16 und 17 angeschlossene Sperrvorrichtung 18 die Zuführung von Steuerimpulsen zu den Ignitronen 3 und 4 so lange verhindert, bis positive Anodenspannung von einer frei wählbaren Mindestgröße an den Gefäßanoden liegt. Zu diesem Zweck wird an die antiparallel geschalteten Ignitrone 3, 4 ein Übertrager 7 angeschlossen, dessen Wicklungen 71, 72 und 73 die an den Ignitronen 3, 4 liegende Spannung in geeignetem Maße untersetzen und über vorgespannte Dioden 10, 11 den bistabilen, mit Transistoren bestückten Kippschaltungen 16 und 17 zuführen. Eine Vorspannungsquelle 14 der Dioden 10, 11 ist in Verbindung mit dem Übersetzungsverhältnis des Übertragers 7 so bemessen, daß der die Kippschaltungen beeinflussende Strom erst dann fließt, wenn die Anodenspannung an den Ignitronen 3, 4 die gewünschte Höhe erreicht hat.
• Zum Schutze der Transistoren der Kippschaltungen 16, 17 vor zu hohen Spannungen sind als Abschneider dienende Dioden 12 und 13 und eine Spannungsquelle 15 vorgesehen. Die überschießende Spannung wird an Widerständen 8 und 9 vernichtet. Die Rückstellung der bistabilen Kippschaltungen erfolgt beim Nulldurchgang der Netzwechselspannung durch Beaufschlagung mit Rückstellimpulsen an Punkten 172 und 162.
• Der jeweilige einem der beiden Ignitrone 3, 4 zugeordnete Teil der Fremdsteuereinrichtung 19 ist beispielsweise derart aufgebaut, daß er mit einem Kondensator arbeitet, der von der Netzwechselspannung u über einen Einweggleichrichter aufgeladen wird. Zur Zündung des betreffenden Ignitrons (3 bzw. 4) wird dessen Zündstift über ein steuerbares Gasentladungsventil (Thyratron) mit dem Entladestrom des Kondensators beaufschlagt. Eine gegebenenfalls bereits vor dem Erreichen der positiven Anodenspannung des zu zündenden Ignitrons vorhandene, für das Steuergitter des Thyratrons bestimmte und den Steuerbefehl darstellende Steuerspannung wird erst nach Umschalten der Kippschaltungen 16 und 17 von der Sperrvorrichtung 18 an das Steuergitter geschaltet. Der Zeitablauf ist in F i g. 2 erläutert.
• In F i g. 2, Zeile 1, sind u die Netzwechselspannung und -f- U bzw. -U diejenigen unteren Anodenspannungsgrenzen, bei deren Überschreitung die Steuerimpulse für die Gefäße 3, 4 freigegeben werden sollen. Die Zeilen 2 und 3 zeigen die Zustände der bistabilen Kippschaltungen 16 und 17 an, Zeile 4 zeigt den Zustand der Sperrvorrichtung 18. Hierbei bedeutet »0« gesperrt und »1« entsperrt. Die Zeilen 5 und 6 geben schließlich die Zeitfolge der Steuerimpulse für die Ignitrone 3 und 4 wieder. Die Impulsfolge beginnt willkürlich zum Zeitpunkt t4.
• Das Beispiel ist so gewählt, daß ohne die Verwendung der Sperrvorrichtung 18 die Steuerimpulse zu vor den Kommutierungszeitpunkten t7 und tlo liegenden Zeitpunkten abgegeben werden, nämlich zu den Zeitpunkten t6 und t9, die der ersten Zündung zum Zeitpunkt t4 im Abstand von je einer halben Periode folgen. Durch die Sperrvorrichtung 18 werden jedoch die Steuerimpulse bis zu den Zeitpunkten t, und tjo verzögert. Das Stromprogramm beginnt innerhalb der auf den Zeitpunkt t2 folgenden Halbwelle. Davor liegt eine Strompause. Die Rückstellung der bistabilen Kippschaltungen 16, 17 erfolgt in den Zeitpunkten to, t2, t5 und t8.
• Die Erfindung bietet den Vorteil, daß sich die Fremdsteuereinrichtung 19 der Ignitrone 3, 4 bei zwecks Erzielung eines maximalen Stromes im Lastwiderstand 6 erfolgender Vollaussteuerung auch dann anwenden läßt, wenn durch Veränderung des Leistungsfaktors der Belastung 5, 6 der Ignitrone 3, 4 ein Wandern des Kommutierungszeitpunktes stattfindet. Eine Begrenzung des Phasenanschnittes in Richtung auf kleine Phasenanschnittwinkel (Zündverzögerungswinkel), d. h. eine Auslegung lediglich für große Phasenanschnittwinkel, ist also nicht mehr nötig. Der Übertrager 7 bietet die Möglichkeit der Trennung von Meß- und Steuerpotentialen. Die mit Transistoren bestückten Kippschaltungen 16, 17 erfordern zum Umsteuern so kleine Spannungen, daß der Übertrager 7 mit seinen Wicklungen 71, 72, 73 für ein Übersetzungsverhältnis von etwa 20: 1: 1 bemessen werden kann. Damit beträgt bei einer an den Klemmen 1 und 2 liegenden Netzwechselspannung u von V,3$ die an den Dioden 10 und 11 und an den Widerständen 8 und 9 auftretende Spitzenspannung nur 35 V, deren Beherrschung im Hinblick auf das Sperrvermögen der Dioden 10, 11 und die Wärmeerzeugung in den Widerständen 8, 9 keine Schwierigkeit bereitet. Die ganze Anordnung ist also wenig aufwendig hinsichtlich Platzbedarf und Wärmeabfuhr.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Steuerung von antiparallel geschalteten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen, die zum Schalten einer im Leistungsfaktor veränderlichen Belastung dienen, wobei zur Erzeugung von gegenüber einer Halbweile der Netzwechselspannung kurzen Steuerimpulsen, die den Steuerelektroden der Entladungsgefäße zugeführt werden, Fremdsteuereinrichtungen vorgesehen sind, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Fremdsteuereinrichtungen (19) hinsichtlich der Phasenlage der Steuerimpulse für eine auch bei kleinem Zündverzögerungswinkel erfolgende Steuerimpulserzeugung ausgelegt sind, daß eine Sperrvorrichtung (18) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der zwischen Anode und Kathode des jeweiligen Entladungsgefäßes (3, 4) liegenden Spannung gesteuert wird, und daß die Sperrvorrichtung (18) derart auf die Fremdsteuereinrichtungen (19) einwirkend ist, daß die Auslösung der Steuerimpulse nur und so lange verzögert wird, bis die zwischen Anode und Kathode liegende Spannung für das in Frage kommende Entladungsgefäß (3, 4) einen positiven Mindestwert überschritten hat.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die Anoden-Kathoden-Spannung der Entladungsgefäße (3, 4) angeschlossener Übertrager (7) vorgesehen ist, dessen Sekundärseite (72, 73) mit einer Diodenschaltung (10, 11) verbunden ist, die mit einer dem Mindestwert entsprechenden und das Übersetzungsverhältnis des Übertragers (7) berücksichtigenden Vorspannung (14) versehen ist, und daß die Sperrvorrichtung (18) steuernde bistabile Transistorkippschaltungen (16, 17) vorgesehen sind, die (über 161, 171) bei Erreichen des Mindestwertes über die Diodenschaltung (10,11) polaritätsabhängig ein Umschaltkommando und die anschließend (über 162, 172) ein Rückstellkommando erhalten. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 652 817, 663 262, 706 565, 741865, 741926, 894 582; D o s s e, Joachim, »Der Transistor«, Verlag Oldenbourg, 1957, S. 153.