DE1255790B

DE1255790B - Anordnung zur Phasenanschnittssteuerung steuerbarer elektrischer Ventile

Info

Publication number: DE1255790B
Application number: DES83488A
Authority: DE
Inventors: Dr Herbert Weiss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-01-30
Filing date: 1963-01-30
Publication date: 1967-12-07
Also published as: GB988498A; US3320518A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H02p

H 02 m
Deutsche Kl.: 21 d2 -12/04

Nummer: 1 255 790

Aktenzeichen: S 83488 VIII b/21 d2

Anmeldetag: 30. Januar 1963

Auslegetag: 7. Dezember 1967

Zur Phasenanschnittssteuerung werden steuerbaren elektrischen Ventilen Wechselspannungen oder Wechselströme zugeführt, die mit der Speisewechselspannung der Ventile gleiche Frequenz, aber eine mindestens um 180° verstellbare Phasenlage haben. Die Phasenlage dieser Steuerspannung soll oftmals unmittelbar durch die Betriebsgrößen einer Anlage beeinflußt werden.

Wenn diese Betriebsgrößen, die zur Phasenanschnittssteuerung herangezogen werden sollen, hohe Gleichspannungen, unter Hochspannung stehende oder sehr große Gleichströme sind, müssen zur Potentialtrennung und zur Anpassung besondere Isolationsanordnungen oder Gleichstromwandler vorgesehen werden.

Bei einer bekannten Anordnung (deutsche Patentschrift 638 427) ist in einer wechselstromgespeisten komplexen Brückenschaltung ein veränderbarer ohmscher Widerstand in einem Brückenzweig über die Primärwicklung eines in der Brückendiagonale liegenden Steuertransformators mit einem festen ohmschen Widerstand im gegenüberliegenden Brückenzweig in Reihe geschaltet, während die übrigen zwei Brückenzweige reine Wirk- oder reine Blindwiderstände oder Scheinwiderstände mit Wirk- und Blindkomponente enthalten. Die Steuerspannung für die steuerbaren elektrischen Ventile wird dabei an der Sekundärwicklung des Steuerspannungstransformators abgenommen.

Da derartige bekannte Anordnungen relativ große Zeitkonstanten besitzen, kann es vorteilhaft sein, an Stelle mechanisch variabler Widerstände magnetfeldabhängige Widerstände zu verwenden. Letztere sind bekanntlich kontaktlos und trägheitslos veränderbar und in anderem Zusammenhang ebenfalls bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 074 715).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Phasenanschnittssteuerung für steuerbare elektrische Ventile zu schaffen, die eine gegenüber bekannten Anordnungen kleine Zeitkonstante besitzt und die mit relativ kleiner Steuerleistung kontaktlos steuerbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Phasenanschnittssteuerung steuerbarer elektrischer Ventile, die über Sekundärwicklungen eines Steuertransformators gesteuert'sind, dessen Primärwicklung in Abhängigkeit von der Ausgangsdiagonalspannung einer Wechselstrombrückenschaltung gespeist ist, die aus einem veränderbaren ohmschen Widerstand, einer Induktivität, einem i?C-Glied und einem festen ohmschen Widerstand besteht.
Die Erfindung besteht bei einer solchen Anordnung Anordnung zur Phasenanschnittssteuerung steuerbarer elektrischer Ventile

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. Herbert Weiß, Nürnberg

darin, daß der veränderbare ohmsche Widerstand ein magnetfeldabhängiger Widerstand ist und daß in der Ausgangsbrückendiagonale die Steuerstromkreise einer bistabilen Transistorenanordnung mit zwei Transistoren liegen, deren Laststrompfade beide einerseits mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle und andererseits mit je einer Seite der Steuertransformator-Primärwicklung verbunden sind, die ihrerseits mit einer an den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossenen Mittelanzapfung versehen ist. Das Prinzip der Anordnung nach der Erfindung wird in F i g. 1 bis 3 und 5 der Zeichnung an Hand einer an sich bekannten Anordnung erläutert, in der — abweichend vom Bekannten — ein magnetfeldabhängiger Widerstand verwendet ist. F i g. 1 zeigt eine solche Anordnung und F i g. 2 das zugehörige Zeigerdiagramm der Brücke; F i g. 3 und 5 illustrieren die Wirkungsweise der Anordnung; in

F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung schematisch gezeichnet.

In F i g. 1 liegt an einer Wechselspannungsquelle ein Lastwiderstand R_a in Reihe zu zwei antiparallelgeschalteten steuerbaren elektrischen Ventilen Sl und Sl, die die Lastaufnahme des Widerstandes R_a steuern. Zur Erzeugung eines Steuerstroms ist an die gleiche Wechselspannungsquelle ein Transformator TR1 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung die Spannungsquelle für eine komplexe Brückenschaltung (Wechselstrombrückenschaltung) darstellt.

In dieser Brückenschaltung liegt zwischen den Anschlußpunkten C und D der Ausgangsbrückendiagonale die Primärwicklung eines Steuertransformators TRl, dessen zwei Sekundärwicklungen über

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je einen Steuerkreiswiderstand R2 und R3 an die Steueranschlüsse der steuerbaren elektrischen Ventile Sl und 52 geschaltet sind.

Die Brücke selbst ist so aufgebaut, daß der Anschlußpunkt C der Ausgangsbrückendiagonale über eine Induktivität L und der Anschlußpunkt D über einen festen ohmschen Widerstand Rl mit einem Ende der Sekundärwicklung des Transformators TR1 verbunden sind, während das andere Ende dieser Sekundärwicklung über einen magnetfeldabhängigen Widerstand Rp an den Anschlußpunkt C und über eine Widerstands-Kondensator-Reihenschaltung RCl an den Anschlußpunkt D angeschlossen ist.

Die zwischen den Punkten C und D liegende Spannung Ust (Steuerspannung) wird zum Steuern der steuerbaren elektrischen Ventile herangezogen. Der magnetfeldabhängige Widerstand Rf liegt z. B. im Luftspalt eines Elektromagneten.

F i g. 2 zeigt das Zeigerdiagramm der Brückenschaltung. Darin addieren sich die Spannungsabfälle an dem Widerstand Rl und an der Widerstands-Kondensator-Reihenschaltung RCl zu der in die x-Achse gelegten Spannung U₈ der Sekundärwicklung des Transformators TRl.

Der Scheinwiderstand der Widerstands-Kondensator-Reihenschaltung RCl stimmt in diesem Ausführungsbeispiel überein mit dem Widerstandswert des festen Widerstandes Rl, so daß das Potential

des Punktes D bei χ — -γ liegt. Die ^-Koordinate dieses Punktes D hängt ab von dem Widerstandsverhältnis des ohmschen Widerstandes der Widerstands-Kondensator-Reihenschaltung RCl zu dem Widerstand des dazugehörigen Kondensators. In gleicher Weise addieren sich die Spannungsabfälle im anderen Brückenzweig, so daß die geometrische Summe des Spannungsabfalls. Ul an der Induktivität L mit dem Spannungsabfall Ur_f an dem magnetfeldabhängigen Widerstand Rf immer die Spannung U_s ergibt.

Die Ortskurve des Punktes C ist bei verändertem magnetfeldabhängigem Widerstand Rf ein Kreis durch den Nullpunkt, dessen Mittelpunkt auf der x-Achse

bei χ — ~ liegt. Die Spannungszeiger Ul und Ur_f

sind für zwei Widerstandswerte des magnetfeldabhängigen Widerstandes Rf in dem Zeigerdiagramm eingetragen. Die Steuerspannung Ust, die in der Ausgangsbrückendiagonale zwischen den Punkten C und D an der Primärwicklung des Transformators TR2 liegt, ändert ihre Phasenlage in Abhängigkeit von dem Widerstandswert des magnetfeldabhängigen Widerstandes, so daß durch nicht sehr große Veränderung der Induktion eines Magnetfeldes die Phasenlage der Spannung in der Brückendiagonale um 180° gedreht werden kann. Der Transformator TR2 transformiert diese Spannungen zur Anpassung an den Innenwiderstand der Ventilsteuerstrecken und zur Potentialtrennung der einzelnen Steuerkreise der steuerbaren elektrischen Ventile.

Die Kurve in F i g. 3 zeigt in der Ordinate den Phasenwinkel φ, der. zwischen der Leerlauf brückenspannung Ust und der Spannung Us liegt, als Funktion des in der Abszisse aufgetragenen dimensionslosen Verhältnisses des magnetfeldabhängigen ohmschen Widerstandes Rp zum induktiven WiderstandcoL der Induktivität L für verschiedene Spulengüten G der Induktivität L. ..Die Güte der Induktivität ist dabei definiert als , das,. Verhältnis ihres induktiven

Widerstandes coL zu ihrem ohmschen Verlustwiderstand Rl [G = -%—)· G — 25 charakterisiert eine Spule, deren induktiver Widerstand 25mal so groß ist wie deren ohmscher Widerstand. G -» oo kennzeichnet eine Spule mit vernachlässigbarem ohmschen Widerstand. Wird der Widerstand Rf auf etwa den sechsfachen Wert erhöht (in der Abszisse von F i g. 3 von 0,5 bis 3), so geht aus F i g. 3 hervor, daß die unbelastete Brückenspannung Ust um den Winkel ψ = 180° gegen die Spannung Us verschoben wird.

In F i g. 4 ist ein Beispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung gezeichnet. Sie stellt eine Verbesserung der zum Teil bekannten Anordnung gemäß F i g. 1 dar. Durch Einschaltung einer bistabilen Transistoranordnung in die Brückendiagonale der F i g. 1 wird der Anordnung erfindungsgemäß eine wesentlich kleinere Zeitkonstante verliehen. Gleiche Teile sind in F i g. 4 mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen. In der Brückendiagonale ist an Stelle der Primärwicklung des Transformators 77? 2 die Reihenschaltung von drei ohmschen Widerständen R4, R5 und R6 angeordnet. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R5 und R6 ist mit den Emittern zweier Transistoren TX und Tl einer bistabilen Transistoranordnung verbunden. Die Kollektoren der Transistoren sind über je einen ohmschen Widerstand Rl und i?8 an die Enden der Primärwicklung des Transformators 77? 2 angeschlossen. Diese Primärwicklung besitzt in dieser Anordnung außerdem noch eine Mittelanzapfung, die an den Minuspol einer Gleichrichteranordnung Gl geschaltet ist, die ihrerseits von einer zweiten Sekundärwicklung des Transformators 77? 1 gespeist wird. Der Pluspol der Gleichrichteranordnung Gl ist zusammen mit den Emitteranschlüssen der Transistoren TX und Tl an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen i?5 und R6 angeschlossen. Außerdem liegt parallel zu der Gleichspannungsquelle ein Glättungskondensator Cl. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R4 und i?5 ist direkt mit der Basis des Transistors Tl und über den Widerstand R9 mit dem Kollektor des Transistors TX verbunden. Der Widerstand i?6 der Widerstands-Reihenschaltung R4, R5 und R6 ist an den Punkt C der Brückendiagonale angeschlossen, der unmittelbar mit der Basis des Transistors Π und über den Widerstand R10 mit dem Kollektor des Transistors Tl verbunden ist.

In F i g. 5 ist die Abhängigkeit des effektiven Stromes hn im Lastwiderstand R_a (s. F i g. 1 und 4), bezogen auf seinen Höchstwert I_ettmaa vom Magnetisierungsgleichstrom I_m eines Magneten, der auf den magnetfeldabhängigen Widerstand Rp einwirkt, dargestellt. Mit steigendem Magnetisierungsstrom I_m nimmt auch der Strom im Lastwiderstand R_a zu.

Durch die Anordnung nach F i g. 4 wird die Steuerspannung zwischen den Punkten C und D, deren Abbild an den Widerständen i?5 und R6 abzugreifen ist, den Steuerkreisen der Transistoren TX und T2 so zugeführt, daß immer einer dieser beiden Transistoren leitend und der andere gesperrt ist, so daß der Strom aus der Gleichspannungsquelle Gl in dem Kern des Transformators TR 2 einen Wechselfluß erzeugen kann, der von der Frequenz und von der Phasenlage der Steuerspannung zwischen den Punkten C und D der Brückendiagonale abhängt. Die Steuerspannung an der Brückendiagonale treibt nur den sehr kleinen Steuerstrom für die Transistoren,

so daß der magnetfeldabhängige Widerstand kleiner bemessen sein kann und somit einen wesentlich kleineren Elektromagneten mit entsprechend geringerem magnetischem Energieinhalt benötigt als in der Anordnung nach F i g. 1. Man erhält auf diese Weise bei gleicher Steuerleistung für das Magnetfeld eine sehr kleine Zeitkonstante für die Anordnung nach F i g. 4, z. B. etwa 4 msec bei 1 W Steuerleistung.

Die Magnetfeldabhängigkeit dieser Ventilsteuerung legt auch die Anwendung bei steuerbaren elektrischen Ventilen für Gleichstrommaschinen mit kontaktlosen Stromwendern nahe. In diesem Fall würde der magnetfeldabhängige Widerstand in ein Magnetfeld eingebracht, dessen Induktion von der relativen Lage zwischen Maschinenanker und Stator abhängt, während die steuerbaren elektrischen Ventile in den Speisekreis der Maschinenwicklung eingeschaltet werden.

Claims

Patentanspruch:

20

Anordnung zur Phasenanschnittssteuerung steuerbarer elektrischer Ventile, die über Sekundärwicklungen eines Steuertransformators gesteuert sind, dessen Primärwicklung in Abhängigkeit von der Ausgangsdiagonalspannung einer Wechselstrombrückenschaltung gespeist ist, die aus einem veränderbaren ohmschen Widerstand, einer Induktivität, einem i?C-Glied und einem festen ohmschen Widerstand besteht, dadurchgekennzeichnet, daß der veränderbare ohmsche Widerstand ein magnetfeldabhängiger Widerstand (Rf) ist und daß in der Ausgangsbrückendiagonale (C, D) die Steuerstromkreise einer bistabilen Transistoranordnung mit zwei Transistoren (Tl, Tl) liegen, deren Laststrompfade beide einerseits mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle (Gl) und andererseits mit je einer Seite der Steuertransformator-Primärwicklung (TR2) verbunden sind, die ihrerseits mit einer an- den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle (Gl) angeschlossenen Mittelanzapfung versehen ist (F i g. 4).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 638 427;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 074 715.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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