-
Schaltungsanordnung zur Erzeugung von elektrischen Impulsen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von elektrischen Impulsen
durch Entladungeines Kondensators, dessen Aufladestromkreis aus der Reihenschaltung
einer Ladegleichspannungsquelle, einer Drossel und eines steuerbaren Ventils besteht.
F i g. 1 und 2 zeigen derartige bekannte Schaltungsanordnungen. Ein als Energiespeicher
verwendeter Kondensator 6 wird durch eine Ladegleichspannungsquelle
1 über eine Drossel 2 (F i g. 1) oder die Drosseln 2, 3 (F
i, g. 2) und ein Ventil 4 aufgeladen und über eine Entladeeinrichtung
5 auf den Entladekreis 7 entladen. Da im Ladekreis eine bzw. zwei
Drosseln angeordnet sind und der Verlustwiderstand des Ladekreises klein ist, erfolgt
die Aufladung des Kondensators 6 in Form einer ungedämpften Schwingung. Zu
Beginn dieser Aufladung liegt in F i g. 1 die Spannung der Ladegleichspannungsquelle
1 an der Drossel 2. Dadurch steigt der Ladestrom sinusförmig an und lädt
den Kondensator 6 auf. Wenn dessen Spannung gleich der Spannung der Ladegleichspannungsquelle
1 ist, wird die Spannung an der Drossel 2 Null, und der Ladestrom erreicht
sein Maximum. Die Drossel 2 gibt dann ihre gespeicherte magnetische Energie wieder
ab, wobei der Ladestrom sinusförmig absinkt, die Spannung der Drossel 2 sich umkehrt
und sich zur Spannung der Ladegleichspannungsquelle 1 addiert. Wenn der Ladestrom
den Wert Null erreicht, ist der Kondensator 6 auf den doppelten Wert der
Spannung der Ladegleichspannungsquelle 1 aufgeladen. Um zu verhindern, daß
der Ladestrom seine Richtung umkehrt und der Kondensator 6 seine Energie
in den Ladekreis zurückliefert, ist das Ventil 4 vorgesehen. Es ist jedoch auch
bekannt, die Umkehr der Ladestromrichtung dadurch zu verhindern, daß die Entladung
eingeleitet wird, bevor sich der Kondensator 6 in den Ladekreis entladen
kann. Es ist ferner eine Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 bekannt, bei
welcher als Ventil 4 ein steuerbares Ventil verwendet ist. Die Drossel 2 ist in
den bekannten Schaltungsanordnungen so bemessen, daß die Aufladung gerade in der
zwischen zwei Entladeimpulsen zur Verfügung stehenden Zeit abläuft, da bei kleineren
Aufladezeiten der Maximalwert des Ladestroms und damit dessen Effektivwert ansteigt.
Die nach F i g. 2 im Ladekreis angeordnete Drossel 3 ist so ausgelegt,
daß sie schon bei, kleinem Ladestrom gesättigt wird, wodurch eine stromschwache
Stufe im Aufladestrom erzeugt wird und eine gegenseitige Beeinflussung von Aufladung
und Entladung vermieden wird.
-
Den bekannten Schaltungsanordnungen nach F i g. 1 und 2 haftet
jedoch der Nachteil an, daß der Aufladestrom stets sinusfönnig ist. Für die Ladungsmenge,
die dem Kondensator 6 bei, der Aufladung zugeführt wird, ist der arithmetische
Mittelwert des Ladestromes maßgebend. Bei sinusförmiger Aufladung ist sowohl der
Maximalwert, der für die Auslegung des Ventils 4 entscheidend ist, als auch der
Effektivwert des Ladestroms, der die Auslegung des gesamten Ladekreises beeinflußt,
wesentlich größer als der Mittelwert, wodurch der Ladekreis relativ schlecht ausgenutzt
wird. Hinzu kommt, daß bei Verwendung eines Gleichrichters als Gleichspannungsquelle
bei ungünstigen Verhältnissen zwischen Impulsfolgefrequenz und Netzfrequenz des
Gleichrichters durch die ungleichmäßige Anodenbelastung bei sinusförinigem Ladestrom
Gleichglieder in der Magnetisierung des Stromrichtertransformators auftreten, die
eine Vormagnetisierung und damit ein starkes Ansteigen des Magnetisierungsstroms
zur Folge haben.
-
Es ist schließlich auch eine Einrichtung zur Impulsstrombegrenzung
bekannt, die aus einem sättigbaren Transformator mit Vormagnetisierungskreis besteht.
Der Vormagnetisierungskreis wird gebildet von einer Drossel, einem Widerstand und
einer Gleichspannungsquelle. Diese Einrichtung dient jedoch nur der Begrenzung von
Stromimpulsen, die Impulsgeneratoren entnommen werden.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, die statt einer sinusförmigen Aufladung eine Aufladung mit annähernd
konstantem Ladestrom bei geringstem technischem Aufwand ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Drossel eine Sättigungsdrossel, deren
Eisenkem eine scharf geknickte magnetische
Kennlinie besitzt, mit
einer Vormagnetisierungswicklung verwendet wird, die Vorinagnetisierungswickung
mit einer Hilfsgleichspannungsquelle, einem Widerstand und einer Sperrdrossel derart
in Reihe geschaltet ist, daß der Vormagnetisierungsstrom dem Ladestroin erregungsmäßig
entgegengerichtet ist, und parallel zur Reihenschaltung aus der Ladegleichspannungsquelle
und der Sättigungsdrossel ein weiteres steuerbares Ventil in solcher Polung geschaltet
ist, daß dessen Einschaltung je-
weils vor dem Einschalten des ersten steuerbaren
Ventils einen Strom durch die Sättigungsdrossel ermöglicht.
-
Um eine Proportionalität zwischen Ladezeit und Ladespannung des Kondensators
zu erreichen, wird die Ladegleichspannungsquelle zweckmäßigerweise zugleich als
Hilfsgleichspannungsquelle benutzt.
-
Ist als Gleichspannungsquelle in bekannter Weise eine Wechselspannungsquelle
mit nachgeschalteter Gleichrichteranordnung verwendet so wird die gleiche Proportionalität
dadurch erreicht, daß die Hilfsgleichspannungsquelle aus einer transformatorisch
an die Wechselspannungsquelle angeschlossenen Gleichrichteranordnung gebildet ist.
-
Die Einstellung der Vormagnetisierungsdurchflutung der Sättigungsdrossel
kann durch Widerstände im Vormagnetisierungskreis oder über an der Vormagnetisierungswicklung
der Sättigungsdrossel vorgesehene Anzapfungen erfolgen.
-
Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt F i g. 3 Schaltungsanordnung gemäß
der Erfindung, F i g. 3 a Verlauf des Ladestroms bei der Schaltungsanordnung
nach F i g. 3,
F i g. 3 b Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Anpassung
der Ladezeit an die Ladegleichspannung. Nach F i g. 3 fließt im Vormagnetisierungskreis
unter der Wirkung der Hilfsgleichspannungsquelle 11 durch die Sperrdrossel
9, die Vormagnetisierungswicklung der Sättigungsdrossel 8 und den
Widerstand 10 ein Gleichstrom, der im folgenden als Vormagnetisierungsstrom
bezeichnet werden soll. Dieser Vormagnetisierungsstrom fuhrt zur Sättigung der Sättigungsdrossel
8. Es sei für die weitere Beschreibung vorausgesetzt, daß die Hauptwicklung
und die Vormagnetisierungswicklung die gleichen Windungszahlen haben.
-
Wird nun die Ladegleichspannungsquelle 1, die eine Gleichspannungsquelle
oder eine Wechselspannungsquelle mit nachgeschalteter Gleichrichteranordnung ist,
zugeschaltet und nach Zuschaltung das steuerbare Ventil 12 geöffnet, wobei das zweite
steuerbare Ventil 13 zunächst gesperrt ist, so setzt die Sättigungsdrossel
8 infolge Sättigung dem Ladestrom keinen Widerstand entgegen.
-
Der Ladestrom steigt also steil an. Die Durchflutung der Sättigungsdrossel
8 durch den Ladestrom ist der Durchflutung durch den Vormagnetisierungsstrom
entgegengerichtet, so daß die Sättigungsdrossel 8 nicht mehr gesättigt ist,
wenn der Ladestrom gleich dem Vormagnetisierungsstrom ist. Dadurch wirkt die Sättigungsdrossel
8 als Transfonnator, und für den weiteren Stromverlauf im Ladekreis wird
die Sperrdrossel 9 wirksam. An der Sättigungsdrossel 8 und damit an
der Sperrdrossel 9 liegt die Differenz von Kondensator- und Ladegleichspannung.
Zunächst ist die Spannung des Kondensators 6
kleiner als die Spannung der
Ladegleichspannungsquelle 1, so daß der Strom im Lade- und Vormagnetisierungskreis,
die magnetisch gekoppelt sind, ansteigt. Der Stromanstieg wird durch die Differenzspannung
und die Induktivität der Sperrdrossel 9
festgelegt. Ist die Kondensatorspannung
gleich der Spannung der Ladegleichspannungsquelle 1, dann ist die Differenzspannung
Null, und der Strom im Lade-und Vormagnetisierungskreis hat sein Maximum erreicht.
Anschließend gibt die Sperrdrossel 9 ihre gespeicherte magnetische Energie
wieder ab. Dabei sinkt der Ladestrom. Der Kondensator 6 wird über die Spannung
der Ladegleichspannungsquelle 1 hinaus aufgeladen. Ist nun der Strom im Ladekreis
kleiner als der Vormagnetisierungsstrom, so wird die Sättigungsdrossel
8 wieder gesättigt und der Strom im Ladekreis sehr schnell Null. Eine Stromumkehr
wird durch das steuerbare Ventil 12 verhindert. Während des Ladevorganges wird bei
Vernachlässigung der Verluste im Lade- und Vonnagnetisierungskreis der Kondensator
6 auf den doppelten Wert aufgeladen.
-
Nach F i g. 3 a springt zu Beginn des Ladevorganges der Ladestrom
auf den Wert des Vormagnetisierungsstronis 1" steigt dann an auf den maximalen Wert
I, und fällt schließlich wieder ab auf den Wert I,. Die Sättigungsdrossel
8 ist in diesem Moinent gesättigt, und der Ladestrom wird Null. Der Verlauf
des Ladestroms ist ein Ausschnitt einer Sinushalbwelle, die in F i g. 3 a
gestrichelt dargestellt ist. Die Entladung des Kondensators 6 in den Entladekreis
7 wird dann durch die Entladeeinrichtung 5
ausgelöst, wenn die Aufladung
beendet ist.
-
Die Sperrdrossel 9 hat ihre magnetische Energie abgegeben,
wenn die negative Spannungs-Zeit-Fläche, die sich ergibt, wenn die Gleichspannung
kleiner ist als die Kondensatorspannung, gleich der positiven Spannungs-Zeit-Fläche
ist, die, sich ergibt, wenn die Gleichspannung größer ist als die Kondensatorspannung.
Diese Bedingung wird dafür ausgenutzt, Kondensatorspannungen zu erreichen, die wesentlich
über dem Wert der doppelten Gleichspannung liegen. Dazu wird nach Nullwerden des
Ladestroms das steuerbare Ventil 12 gesperrt und das steuerbare Ventil
13 geöffnet.
-
Der Ladestrom steigt nach dem öffnen des steuerbaren Ventils
13 steil an, bis er den Wert des Vormagnetisierungsstroms erreicht hat. An
der Sperrdrossel 9 liegt deshalb die Spannung der Ladegleichspannungsquelle
1, bis der folgende Ladevorgang eingeleitet wird. Dazu wird das steuerbare
Ventil 12 geöffnet. Der Kondensator 6 ist durch den schwingenden Verlauf
der Entladung auf eine negative Spannung umgeladen, so daß der Strom vom steuerbaren
Ventil 13 auf die Reihenschaltung des Kondensators 6 und des steuerbaren
Ventils 12 kommutieren kann. Da die positive Spannungs-Zeit-Fläche durch das Zuschalten
der Sperrdrossel 9 über das steuerbare Ventil 13 während der Ladepause
vergrößert wird, ist auch die negative Spannungs-Zeit-Fläche größer, und der Kondensator
6 wird auf höhere Spannungswerte aufgeladen.
-
Die dem Kondensator 6 von der Ladegleichspannungsquelle
1 zugeführte Ladungsmenge ist gleich der Strom-Zeit-Fläche gemäß F i
g. 3 a, also dem Vormagnetisierungsstrom 1, proportional. Die Ladezeit
TL wird in bekannter Weise zweckmäßig so gewählt,
daß sie die Zeit
zwischen zwei Entladungen ausfüllt. Dazu muß der Vormagnetisierungsstrom entsprechend
eingestellt werden. Bei einer Änderung der Spannung der Ladegleichspannungsquelle
1 ändert sich proportional dazu die Spannung des Kondensators 6 und
damit die zugeführte Ladungsmenge. Damit die Ladezeit TL bei Änderung der Spannung
konstant bleibt, muß also der Vormagnetisierungsstrom proportional mit der Spannung
der Ladegleichspannungsquelle 1 geändert werden. Das wird beispielsweise
mit einer Schaltung gemäß F i g. 3 b
erreicht. Hierzu übernimmt die Ladegleichspannungsquelle
1 die Funktion der Hilfsgleichspannungsquelle 11 gemäß F i
g. 3, so daß in jedem Fall die Proportionalität zwischen Gleichspannung und
Vormagnetisierungsstrom gewährleistet ist.