DE1266397B - Anordnung zur Erzeugung periodisch wiederkehrender Zuendimpulse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche KI.: 21 d3 - 3/02

Nummer: 1266 397

Aktenzeichen: S 92496 VIII b/21 d3

Anmeldetag: 6. August 1964

Auslegetag: 18. April 1968

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung periodisch wiederkehrender Zündimpulse, deren Phasenlage innerhalb der Periode einer Speisewechselspannung abhängig von einer Steuerspannung verändert werden kann.

Zur Erzeugung derartiger periodisch wiederkehrender Zündimpulse sind zahlreiche Verfahren bekannt. Meistens arbeiten sie mit einer Kippstufe, die immer dann einen Zündimpuls abgibt, wenn die Eingangsspannung einen bestimmten Grenzwert erreicht. Dem Eingang einer solchen Kippstufe kann beispielsweise eine sägezahnförmige Hilfsspannung zugeführt werden, der eine veränderbare Steuergleichspannung überlagert ist. Die Periode der sägezahnförmigen Spannung entspricht dabei der Periode der Speisespannung.

Ein weiteres, sehr einfaches Verfahren besteht darin, die Eingangsspannung für die Kippstufe von einem Kondensator abzugreifen, der über einen Ladewiderstand mit einer konstanten Spannung gespeist wird und dem ein Transistor parallel geschaltet ist, mit dessen Hilfe die Steilheit des Anstieges der Spannung am Kondensator stetig mit Hilfe einer Steuergleichspannung verändert werden kann. Die Aufladung des Kondensators beginnt immer mit dem Beginn derjenigen Halbwelle, die angeschnitten werden soll. Der Kondensator wird daher kurz vor diesem Zeitpunkt entladen. Diese Entladung soll dabei in möglichst geringer Zeit vor sich gehen.

Die zuletzt geschilderte Methode der Veränderung der Lage der Zündimpulse ist ohne weiteres anwendbar, wenn die Periode der Speisespannung konstant ist. In diesem Fall besteht eine eindeutige Zuordnung zwischen der dem Transistor zugeführten Steuerspannung und dem Zündwinkel. Diese Zuordnung ist jedoch nicht mehr vorhanden, wenn sich die Periode der Speisespannung ändern kann, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn diese Spannung von einem Wechselspannungsgenerator abgeleitet wird, der mit stark wechselnder Drehzahl angetrieben wird. In diesem Fall wird sich der relative Zündwinkel bei konstanter Steuergleichspannung mit der Periode der Speisespannung ändern, da die Anschnittszeit bei unveränderter Steuerspannung stets gleichbleibt. Beträgt beispielsweise bei einer bestimmten Dauer T der Periode der Speisespannung der Zündwinkel 90°, dann ergibt sich bei einer doppelt so großen Dauer der Periode ein Zündwinkel von nur 45° (konstante Steuergleichspannung vorausgesetzt).

Aus diesen Gründen sind die bekannten Steuer- so sätze zur Erzeugung von Zündimpulsen nicht anwendbar, wenn sich die Periode der Speisespannung Anordnung zur Erzeugung periodisch
wiederkehrender Zündimpulse

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen 2, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Werner Volkmann, Erie, P. A. (V. St. A.)

in weiten Grenzen ändern kann. Es ist vielmehr ein Steuersatz erforderlich, der Zündimpulse mit einem relativen Zündwinkel liefert, der bei einer ganz bestimmten Steuerspannung unabhängig von der Periode der Speisespannung im wesentlichen konstant bleibt.

In dem älteren Patent 1206 065 wird ein anderer Weg zur Lösung dieses Problems gezeigt. Dort wird von einer Anordnung zur Steuerung von Thyristoren mit periodisch wiederkehrenden Zündimpulsen ausgegangen, die in einem Zündbereich abgegeben werden, wenn die Spannung an einem Kondensator einen bestimmten Grenzwert erreicht, wobei der Kondensator immer vom Beginn einer Periode einer periodisch verlaufenden Spannung an aufgeladen wird und der Ladezustand von einer Steuerspannung abhängt, die einem dem Kondensator paralliegenden Transistor zugeführt wird, so daß die Phasenlage der Impulse, bezogen auf die Nullstellen der periodisch verlaufenden Spannung, willkürlich verändert werden kann.

Es wird dort vorgeschlagen, daß die Geschwindigkeit der in einem an jedem Zündbereich anliegenden Meßbereich erfolgenden Entladung des Kondensators und damit der Potentialwert, von dem ausgehend der Kondensator beim Beginn jedes Zündbereiches aufgeladen wird, von der dem Transistor zugeführten Steuerspannung abhängt und daß das Verhältnis der Meßbereichdauer zur Periodendauer der periodisch verlaufenden Spannung unabhängig von deren Frequenz ist.

Bei dieser Anordnung kann jedoch nur ein begrenzter Teil des Steuerbereiches ausgenutzt werden,

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da die von der Steuerspannung abhängige Entladung wird, so daß die Spannungsquelle 12 einen Impuls des Kondensators eine bestimmte Zeit, nämlich den abgibt jedesmal, wenn diese Sperrspannung nur gesogenannten Meßbereich, beansprucht. Während ringfügig größer als Null wird, dieses Bereiches kann kein Steuerimpuls abgegeben Dem Kondensator 1 ist über eine Zenerdiode21

werden. Dies ist nur in dem darauffolgenden Steuer- 5 die Emitter-Basis-Strecke eines Transistars 2 parallel bereich möglich. Beide Bereiche zusammen ergänzen geschaltet. Mit dem Kollektorstrom dieses Transich zu einer gesamten Periode. sistors wird ein Steuergerät 22 ausgesteuert, an dessen

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine wesent- Ausgang die Zündimpulse für den Thyristor 3 abliche Erweiterung des Steuerbereiches, der nahezu gegriffen werden können. Diese treten immer dann einer ganzen Periode entsprechen kann. Dies Ziel 10 auf, wenn die Spannung am Kondensator 1 einen läßt sich dabei mit verhältnismäßig geringem Auf- durch die Zenerdiode 21 bestimmten maximalen wand erreichen. Grenzwert u erreicht hat.

Die Erfindung geht aus von bekannten Anordnun- Parallel zum Kondensator 1 liegt die Emittergen zur Erzeugung periodisch wiederkehrender Zünd- Kollektor-Strecke eines Transistors 4, dessen Basisimpulse, deren Lage innerhalb der Periode einer 15 Kollektor-Strecke am Ausgang eines Verstärkers 5 Speisewechselspannung abhängig von einer Steuer- angeschlossen ist. Dem Eingang dieses Verstärkers spannung verändert werden kann, bestehend aus wird eine Steuerspannung U_st zugeführt. Die Kenneinem Kondensator, dessen Ladevorgang durch einen linie des Verstärkers ist in Fig. 2 dargestellt. Man mit der Kollektor-Emitter-Strecke dem Kondensator ersieht daraus, daß bei einer bestimmten maximal parallelgeschalteten Transistor abhängig von einer 20 möglichen Steuerspannung U_st die Ausgangsspan-Steuerspannung veränderbar ist, wobei immer dann nung des Verstärkers gleich Null ist und daß diese ein Zündimpuls abgegeben wird, wenn die Spannung Ausgangsspannung IZ₁ mit sinkender Steuerspannung an dem Kondensator beim Aufladen einen festen zunimmt.

Grenzwert erreicht hat. In dem Verstärker ist noch eine Einrichtung vor-

Die Erfindung besteht darin, daß an den Tran- 25 gesehen, die es ermöglicht, unabhängig von der sistor zwischen Kollektor und Basis eine Hilfsspan- Steuerspannung U_st die Spannung U₁ sprungartig auf nung angelegt ist, deren Größe außerhalb des zwi- einen Wert zu erhöhen, der größer ist als der maxi' sehen dem Beginn der Periode und dem Zeitpunkt mal mögliche Grenzwert« der Spannung am Konder Abgabe des Zündimpulses liegenden Zeitbereiches densator 1. Diese Einrichtung wird über die Leitunvon der Steuerspannung abhängig ist und eine solche 30 gen Sl und 52 beispielsweise ebenfalls mit der Span-Periode hat, daß der Transistor durchgesteuert ist, nung am Thyristor 3 gesteuert, und zwar so, daß und die vom Beginn der Periode bis zum Zeitpunkt diese erhöhte Spannung U₁ so lange vorhanden ist, der Abgabe des Zündimpulses eine solche Größe hat, wie Sperrspannung an dem Thyristor 3 ansteht, daß der Transistor gesperrt ist, und daß zur Auf- Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anord-

ladung des Kondensators eine Spannung dient, die 35 nung nach F i g. 1 wird nun auf F i g. 3 Bezug geder Frequenz der Zündimpulse proportional ist. nommen. Dort ist zunächst die am Thyristor 3 lie-

Zur Erzeugung einer zur Frequenz der Zünd- gende Spannung abhängig von der Zeit aufgetragen, impulse proportionalen Spannung kann beispielsweise Es ist ein Verlauf zugrunde gelegt, der sich ergibt, ein monostabiler Multivibrator dienen, der bekannt- wenn man die Spannung zwischen der Phase R und lieh Impulse konstanter Zeitspannungsfläche abgibt, 40 den Phasen S und T eines Dreiphasensystems gleichsobald ein Eingangssignal auch nur vorübergehend richtet. Darunter ist der Verlauf der Spannung U₀ an einen nahe bei Null liegenden kritischen Wert über- dem Kondensator 1 wiedergegeben. Vor dem Zeitschreitet. Zu diesem Zweck kann ein Bruchteil der punkt ^₁ entspricht die Spannung am Kondensator Speisewechselspannung verwendet werden. Die Kipp- der Spannung U₁ am Ausgang des Verstärkers 5, stufe wird dann bei Beginn einer Periode bzw. einer 45 wenn man den Spannungsabfall zwischen Emitter Halbwelle einen Impuls konstanter Dauer abgeben. und Basis des Transistors 4 vernachlässigt. Anders Die Länge derartiger Impulse wird sich dabei nach ausgerückt: Solange der Verstärker 5 eine Spander Dauer einer Halbwelle der maximal möglichen nung U₁ liefert, die unter der maximal möglichen Impulsfolgefrequenz zu richten haben. Spannung des Kondensators 1 liegt, ist der Tran-

Eine der Folgefrequenz proportionale Spannung so sistor 4 durchgesteuert, und damit entspricht die kann aber auch mit Hilfe eines Sättigungstransfor- Spannung am Kondensator zwangläufig der Spanmators erzeugt werden, an dessen Sekundärwicklung nung am Ausgang des Verstärkers 5, Im Zeitpunkt t_± bekanntlich Impulse konstanter Zeitspannungsfläche beginnt die Spannung am Thyristor 3 anzusteigen, auftreten, sooft der Kern des Transformator von Damit wird durch die in dem Verstärker 5 vorgeeinem Sättigungszustand in den entgegengesetzten ge- 55 sehene Einrichtung die Basis-Kollektor-Spannung steuert wird. Eine derartige Umsteuerung kann bei- des Transistors 4 sprungartig auf einen Wert erhöht, spielsweise immer bei Beginn einer Periode oder der über der maximal möglichen Spannung μ des beim Nulldurchgang der Speisewechselspannung er- Kondensators 1 liegt. Diese Spannung ist durch die zeugt werden. Spannung der Zenerdiode 21 bestimmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 60 Sobald der Transistor 4 im Zeitpunkt t_t sperrt, F i g. 1 dargestellt. Dort ist mit 1 ein Kondensator wird der Kondensator 1 aus der Spannungsquelle 12 bezeichnet, der über einen Widerstand 11 an eine aufgeladen, wobei diese Aufladung stetig und unab-Spannungsquelle 12 angeschlossen wird, die eine hängig von der Steuerspannung U_st ist. Sobald die Spannung liefert, die im Mittel der Folgefrequenz Spannung am Kondensator die Grenzspannung u erder zu erzeugenden Zündimpulse proportional ist. 65 reicht, wird die Zenerdiode 21 durchlässig und da-Es kann sich dabei beispielsweise um eine mono- mit auch der Transistor 2. Das Steuergerät 22 gibt stabile Kippstufe handeln, der als Steuerspannung die dann im Zeitpunkt t₂ einen Zündimpuls ab, der zur an dem Thyristor 3 liegende Sperrspannung zugeführt Folge hat, daß die Spannung am Thyristor 3 zu-

sammenbricht und die Ausgangsspannung des Verstärkers 5 wieder auf den durch die Steuerspannung U_st bestimmten Wert U₁ absinkt. Dadurch wird der Transistor 4 wieder durchlässig und eine sprunghafte Entladung des Kondensators 1 auf den Wert U₁ erzwungen.

Dieser Zustand bleibt erhalten, bis im Zeitpunkt i₄ am Thyristor 3 wieder eine Sperrspannung auftritt. Dann wiederholt sich das soeben erläuterte Spiel. Aus Fig. 3 ist ohne weiteres zu ersehen, daß der Anschnittswinkel von der Größe der Steuerspannung abhängt, sofern ein linearer Zusammenhang zwischen dieser Steuerspannung und der von dem Verstärker 5 gelieferten Ausgangsspannung U₁ besteht. Auch ist ersichtlich, daß der Steuerbereich praktisch der gesamten Dauer der einzelnen Halbwellen entspricht. Das gilt auch dann, wenn eine normale gleichgerichtete Wechselspannung zur Verfügung steht.

Besondere Bedeutung hat die vorliegende Erfindung für die Regelung und Steuerung des Erregerstromes von Generatoren, insbesondere von Drehstromgeneratoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter. Derartige Anordnungen werden in zunehmendem Maße für die Stromversorgung von Fahrzeugen verwendet und ersetzen die bis dahin üblichen Gleichstromgeneratoren. Da die Antriebsdrehzahl derartiger Generatoren nicht konstant ist, sondern sich in einem weiten Bereich ändern kann, ist ein Steuersatz erforderlich, der bei einer bestimmten Steuerspannung immer den gleichen relativen Zündwinkel liefert. Das bedeutet, daß der zeitliche Abstand eines Zündimpulses von dem Beginn einer Periode bei hohen Frequenzen niedriger sein muß als bei niedrigeren. Diese Forderungen erfüllt der vorliegende Steuersatz.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung periodisch wiederkehrender Zündimpulse, deren Phasenlage innerhalb der Periode einer Speisewechselspannung abhängig von einer Steuerspannung verändert werden kann, bestehend aus einem Kondensator, dessen Ladevorgang durch einen mit der Kollektor-Emitter-Strecke dem Kondensator parallelgeschalteten Transistor abhängig von einer Steuerspannung veränderbar ist, wobei immer dann ein Zündimpuls abgegeben wird, wenn die Spannung an dem Kondensator beim Aufladen einen festen Grenzwert erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß an den Transistor (4) zwischen Kollektor und Basis eine Hilfsspannung (t/_}) angelegt ist, deren Größe außerhalb des zwischen dem Beginn der Periode und dem Zeitpunkt der Abgabe des Zündimpulses liegenden Zeitbereiches von der Steuerspannung abhängt und eine solche Polarität hat, daß der Transistor durchgesteuert ist, und die vom Beginn der Periode bis zum Zeitpunkt der Abgabe des Zündimpulses eine solche Größe hat, daß der Transistor gesperrt ist, und daß zur Aufladung des Kondensators eine Spannung dient, die der Frequenz der Zündimpulse proportional ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1 zur Zündung eines Thyristors, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung (U₁) für den Transistor (4) vom Ausgang eines Verstärkers (5) geliefert wird, der mit einer Einrichtung versehen ist, die eine sprunghafte Erhöhung dieser Spannung auf einen Wert ermöglicht, der über dem Wert der maximal möglichen Kondensatorspannung (u) liegt, und die abhängig von der Sperrspannung an dem Thyristor (3) gesteuert wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Frequenz der Zündimpulse proportionale Ladespannung für den Kondensator (1) von einer monostabilen Kippstufe (12) geliefert wird, die jeweils beim Beginn der Sperrspannung am Thyristor (3) einen Impuls konstanter Dauer liefert.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsquelle für die Ladung des Kondensators (1) ein Sättigungstransformator dient, der jeweils bei Beginn einer Steuerperiode von dem einen Magnetisierungszustand in den anderen gesteuert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Control Engineering, Maiheft 1959, S. 113 bis 119; automatik, Februarheft 1964, S. 53.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1206 065.

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