-
Die Erfindung betrifft einen Steuersatz zur Erzeugung periodischer
Zündimpulse für Thyristoren mit einem Impulsübertrager, der eine Primär-, mindestens
eine Sekundär- und eine Rückkopplungswicklung enthält und dessen Primärwicklung
über die Emitter-Kollektor-Strecke :eines Transistors an eine Gleichspannungsquelle
angeschlossen ist und dessen Rückkopplungswicklung im Steuerkreis des Transistors
liegt.
-
Der Emitter-Basis-Strecke des Transistors hat man hierbei häufig über
die Rückkopplungswicklung eine Spannung zugeführt, die sich periodisch im Takt der
Spannung ändert, die an den zu steuernden Thyristoren liegt. Zur Änderung des Zündwinkels
hat man dieser periodischen Spannung eine veränderbare Gleichspannung entgegengeschaltet.
Es ist auch bekannt, die periodisch sich ändernde Spannung von einem Kondensator
abzugreifen..
-
Ferner wurde bereits vorgeschlagen, dem Transistor über einen im Kollektor-Basis-Kreis
liegenden Widerstand, eine erste Entkopplungsdiodeund über die Rückkopplungswicklung
einen Strom zuzuführen, durch den .der Transistor voll durchgesteuert wird. Hierbei
ist außerdem ein Kondensator vorgesehen, der über eine entsprechend gepolte weitere
Diode diesem Widerstand parallel liegt und der periodisch auf- oder entladen wird.
Hierbei wird der Steuerstrom des Transistors dann unterbrochen, wenn .die Spannung
an dem Kondensator um den Schwellwert an der weiteren Diode größer als der von dem
Steuerstrom an dem Widerstand verursachte Spannungsabfall wird.
-
Derartige Anordnungen, die den bei der Unterbrechung des Kollektorstromes
durch den Impulsübertrager auftretenden Impuls zur Zündung auswerten, arbeiten zufriedenstellend,
solange die von der Regelabweichung abhängige Spannung an dem Kondensator periodisch
eine gewisse Mindestschwankung ausführt. Diese Voraussetzung ist jedoch nicht mehr
gegeben, wenn in einem Regelkreis der Istwert kleiner als der Sollwert wird. In
einem solchen Fall bleibt nämlich der Kondensator praktisch konstant auf seinem
maximalen Spannungswert. Ein Zündimpuls muß aber trotzdem gegeben werden, und zwar
möglichst dann, wenn an dem Thyristor eine Spannung solcher Polarität liegt, daß
eine Zündung möglich ist.
-
Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß dem Transistor über eine Entkopplungsdiode
und über die Rückkopplungswicklung des Impulsübertragers ein zusätzlicher Steuerstrom
zugeführt, der gesperrt wird, sobald an dem Thyristor, der mit den Impulsen des
Steuersatzes gesteuert werden soll, eine Spannung liegt, die den Thyristor in Durchlaßrichtung
beansprucht. Dieser zusätzliche Steuerstrom braucht jeweils nur in einem begrenzten
Intervall vor Beginn der Durahlaßphase zu fließen. Er kann aber dem Transistor auch
während der gesamten Sperrphase des Thyristors zugeführt werden.
-
Besondere Bedeutung kommt der Erfindung zu, wenn die Spannung eines
einen Gleichrichter in Brückenschaltung speisenden Drehstromgenerators mit Hilfe
eines im Erregerkreis liegenden Thyristors gesteuert werden soll und auch der Steuersatz
von dem Gleichrichter gespeist wird. Wenn man .in einem i solchen Fall - wie schon
anderweitig vorgeschlagen wurde - den Erregerkreis zwischen einer Phasenklemme und
dem positiven Pol der Gleichrichter-Brücke anschließt, dann kann man die Entkopplungsdiode
- zweckmäßig -über einen Widerstand -unmittelbar an die gleiche Phasenklemmne oder
an die Kathode des Thyristors anschließen. Die gleiche Schaltung für ,die Entkopplungsdiode
ist auch dann zweckmäßig, wenn der Erregerkreis lediglich zwischen zwei Phasenklemmen,
z. B. zwischen die Klemmen S und R, angeschlossen ist.
-
Der erfindungsgemäße Steuersatz ist aber auch zur Steuerung von Thyristoren
in reinen Wechselstromkreisen geeignet. Unter Voraussetzung eines n-p-n-Transistors
braucht man hierzu nur .die Entkopplungsdiode über einen Widerstand an den positiven
Pol der den Steuersatz speisenden Gleichspannungsquelle anzuschließen und diesem
Widerstand immer dann einen dem zusätzlichen Steuerstrom entgegenfließenden Strom
aufzuprägen, wenn an den zu steuernden Thyristoren eine Spannung in Durchlaßrichtung
liegt. Dazu kann man die Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke eines Thyristors
oder zweier antiparallelgeschalteter Thyristoren über einen Trenntransformator einer
Gleichrichterbrücke zuführen, die dem ierwähnten Widerstand so parallel geschaltet
ist, .daß ein von der Brücke getriebener Strom dem zusätzlichen Steuerstrom entgegengerichtet
ist.
-
Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der in den
Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele .erläutert.
-
F i g. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel :der Erfindung mit :einem
Impulstransformator Tr1, mit einer Primärwicklung W l, einer Sekundärwicklung W
2 und einer Rückkopplungswicklung W3. Die Primärwicklung ist über die Emitter-Ko1lektor-Strecke
eines n-p-n-Transistors T2 und einen Widerstand R 3 an :die Klemmen P und N ein-er
nicht dargestellten Gleichspannungsquelle angeschlossen. Zur Stabilisierung der
Betriebsspannung des Transistors dient .eine Zenerdlode Z.
-
Die Basis dieses Transistors ist über die Rückkopplungswicklung W3,
eine Diode D 1 und ,einen Widerstand R 2 an die Klemme P angeschlossen. Dieser
Kreis ist so bemessen, daß der fließende Basisstrom den Transistor T2 vollständig
durchsteuert. Außerdem :ist die Rückkopplungswicklung W 3 so in den Steuerkreis
.gelegt (durch die Punkte an den Wicklungen angedeutet), daß der Steuerstrom bei
einer Vergrößerung des Kollektorstromes ebenfalls ansteigt, und umgekehrt.
-
Zur Steuerung eines Thyristors worden die an der Sekundärwicklung
W 2 des Transformators Tr 1 bei einer Unterbrechung des Kollektorstromes
auftretenden Impulse (durch die Rückmagnetisierung des Transformators bedingt) vorwendet.
Zu einer solchen Unterbrechung wird der über den Widerstand R 2 fließende Basisstrom
über einen parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors T2 liegenden Zweig
geführt. Dieser besteht aus einer zweiten Diode D 2 und einem Widerstand R 1, der
urmittelbar an der Klemme N liegt. Dieser Widerstand bildet mit einem Kondensator
C einen Spannungsteiler. Der Basisstrom kann somit nur dann über den parallel zur
Steuerstrecke des Transistors T2 liegenden Zweig fließen, wenn die Spannung an dem
Kondensator C um den Schwellwert der Diode D 2 größer ist als der Spannungsabfall,
den der Basisstrom des Transistors an dem Widerstand R 2 hervorruft.
Für
eine periodische Erzeugung von Zündimpulsen ist somit eine periodische Auf- und
Entladung des Kondensators C erforderlich, die durch einen p-n-p-Transistor T1 erreicht
wird, dessen Emitter-Kollektor-Strecke diesem Kondensator parallel geschaltet ist.
Seiner Emitter-Basis-Strecke, die an die Klemme A und B angeschlossen
ist, wird eine Steuerspannung U" zugeführt, die beispielsweise der Abweichung einer
von der Aussteuerung eines Thyristors abhängigen Regelgröße von einem Sollwert proportional
ist.
-
In vielen Fällen wird der Thyristor nur in einem begrenzten Teilbereich
einer ganzen Periode (nachfolgend »Zündbereich« ,genannt) zündfähig sein. In einem
solchen Fall kann :der Kondensator C - wie an anderer Stelle bereits vorgeschlagen
wurde -während des Teilbereiches einer Periode, in dem der Thyristor nicht zündfähig
ist (»Meßbereich«), mit einer Geschwindigkeit entladen werden, die von der Größe
der Regelabweichung abhängig ist. Zu diesem Zweck erhält der Transistor T1 eine
von dieser Regelabweichung abhängige Steuerspannung Ust. Zu
Beginn des »Zündbereiches«
wird der Transistor T1 - z. B. abhängig von der Polarität der an dem Thyristor liegenden
Spannung - gesperrt, so daß sich der Kondensator C über den Widerstand R 1 mit konstanter,
nicht mehr von der Regelabweichung abhängiger Geschwindigkeit auflädt, bis seine
Spannung .um den Schwellwert der Diode D 2 größer als die Spannung an dem
Widerstand R2 ist, die durch den Basisstrom des Transistors T2 hervorgerufen wird.
Der Kondensator C kann sich daher maximal auf diesen Spannungswert aufladen.
-
Ein derartiger Steuersatz arbeitet zufriedenstellend, wenn der Kondensator
C zu Beginn des »Zündbereiches« einen Spannungswert hat, der unterhalb des Maximalwertes
liegt. Dann ist nämlich bei Beginn des »Meßbereiches« der Transistor T2 durchgesteuert
und kann infolgedessen bei Sperrung einen Zündimpuls erzeugen. Diese Voraussetzung
ist jedoch nur erfüllt, wenn der Istwert der Regelgröße größer als der Sollwert
ist und somit der Zündwinkel durch den Regler vergrößert werden soll. Im umgekehrten
Fall, wenn also der Istwert kleiner als der Sollwert ist und .somit der Zündwinkel
möglichst klein gemacht werden soll, bleibt die Spannung an dem Kondensator unter
Umständen ständig auf einem so hohen Wert, daß der Transistor T2 überhaupt keinen
Steuerstrom erhält und somit auch nicht zur Abgabe eines Zündimpulses gesperrt werden
kann.
-
Um das zu verhindern, wird dem Transistor T2 über eine Entkopplungsdiode
D 3 und die Rückkopplungswicklung W 3 ein zusätzlicher Steuerstrom
zugeführt, der gesperrt wird, sobald an dem Thyristor, der mit den Impulsen des
Steuersatzes gesteuert werden soll, eine Spannung liegt, die den Thyristor in Durchlaßrichtung
beansprucht.
-
Eine Möglichkeit, diesen Steuerstrom zu erzeugen, ist in F i g. 2
dargestellt, die einen Ausschnitt aus dem Steuersatz nach F i g. 1 darstellt. In
beiden Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Entkopplungsdiode
D 3 liegt wieder mit der Kathode an der Kathode der Diode D 1 und mit der
Anode an der Klemme E, die über einen Widerstand R 4 mit der Klemme P verbunden
ist. Dieser Widerstand liegt andererseits an den Gleichstromklemmen einer Gleichrichterbrücke
G2, die wechselspannungsseitig über .einen Transformator Tr2 mit der Anoden-Kathoden-Spannung
der zu steuernden Thyristoren gespeist wird. Eine derartige Anordnung kann sowohl
zum Steuern eines einzelnen, in der Diagonale einer Gleichrichterbrücke liegenden
Thyristors T3 (vgl. F i g. 3) wie auch zur Steuerung zweier antiparallelgeschalteter
Thyristoren T 3 und T 3' (vgl. F i g. 4) verwendet werden.
Im letzteren Fall muß selbstverständlich der Impulsübertrager Trl (F i g.1) mit
zwei Sekundärwicklungen versehen sein, die den beiden Thyristoren zugeordnet werden.
Die Klemmen K' und L' der Primärwicklung des Transformators Tr2 in dem Ausführungsbeispiel
nach F i g. 2 sind mit den Klemmen K und L der Anordnungen nach F i g. 3
und 4 zu verbinden..
-
Über den Widerstand R 4 und die Diode D 3 fließt bei
der Anordnung nach F i g. 2 -ein Steuerstrom, der unabhängig ist von der jeweiligen
Spannung an dem Kondensator C und damit von der Regelabweichung. Dieser Strom wird
bei der angegebenen Polarität der Gleichrichterbrücke G2 immer dann unterbrochen,
wenn an den zu steuernden Thyristoren -also zwischen den Klemmen K und
L bzw. K' und L' -
eine Spannung liegt. Es fließt dann nämlich durch
den Widerstand R 4 ein Strom, .der den zusätzlichen Steuerstrom kompensiert.
Das geschieht periodisch immer zu Beginn des »Zündbereiches«, wenn sich also die
für ein Zünden der Thyristoren erforderliche Spannung aufzubauen beginnt. Der Kollektorstrom
des Transistors T2 wird daher immer zu Beginn des »Zündbereiches« unterbrochen,
sofern zu diesem Zeitpunkt kein Strom über R 2 und D 1 fließt. Das
ist aber nur der Fall, wenn bereits zu diesem Zeitpunkt die Spannung an dem Kondensator
C den erwähnten Maximalwart erreicht hat, was in der Regel nur dann der Fall ist,
wenn der Istwert kleiner als der Sollwert der Regelgröße ist. In einem solchen Fall
wird daher durch die Erfindung eine Zündung mit kleinstmöglichem Anschnittwinkel
gewäh rlei@stet.
-
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt F i g. 1 a im
Zusammenhang mixt F i g. 1. Regelgröße ist dort die zwischen den Klemmen P' und
N' liegende, von einem Gleichrichter G 1 in Drehstrombrückenschaltung gelieferte
Gleichspannung. Die Brücke ist wechselspannungsseitig an die Klemmen R, S und T
eines nicht dargestellten Wechselspannungsgenerators angeschlossen. Dessen Erregerwicklung
V isst über einen Thyristor T3 zwischen; der Phasenklemme R und der Klemme
P' angeschlossen. Der Thyristor T3 soll mit den von dem Steuersatz nach F i g. 1
gelieferten Impulsen gezündet werden. Die Zündimpulse an der Sekundärwicklung W
2 des Übertragers Tr 1 werden daher der Steuerstrecke dieses
Thyristors zugeführt. Ferner ist angenommen, daß die Glcichrichterbrücke G
1 auch den Steuersatz nach F i g.1 speist. Es wird daher eine Verbindung
zwischen den Klemmen N' und P' einerseits und den Klemmen N und P der Anordnung
nach F i g. 1 andererseits angenommen.
-
In einem solchen Fall läßt sich der Erfindungsgedanke mit besonders
geringem Aufwand realisieren. Man braucht nämlich lediglich die Klemme E mit der
zwischen der Kathode des Thyristors T3 und der Erregerwicklung V liegenden Klemme
E' zu verbinden. Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispieles der Erfindung ist
ohne weiteres verständlich, wenn man berücksichtigt, daß der Thyiistor T3 nur zündbereit
ist, wenn die Spannung der Phasen S oder T gegenüber
der Phase
R positiv ist. Wenn das der Fall ist, kann über die Diode D 3 und die Steuerstrecke
des Transistors T2 kein zusätzlicher Steuerstrom fließen, da die Klemme E über die
Wicklung V und das in diesem Bereich durchlässige, zwischen der Phasenklemme R und
der Klemme N' liegende Ventil mit der Klemme N verbunden ist.
-
Immer vor Beginn des »Zündbereiches« ist jedoch die Spannung der Phase
R positiv gegenüber der Spannung der Phase S bzw. T (je nach Drehrichtung). Die
Phasenklemme R ist dann unmittelbar mit der Klemme P verbunden, so daß der zusätzliche
Steuer-Strom von P über die Wicklung V und die Diode D 3 fließen kann. Dieser Strom
wird somit bei Beginn des eigentlichen »Zündbereiches«, wenn also S oder
T
positiv gegenüber R wird, plötzlich unterbrochen, so daß der Steuersatz
einen Zündimpuls abgibt, sofern der Steuerstrom des Transistors T2 nicht über R2
und D 1 aufrechterhalten wird. Das ist aber nur dann der Fall, wenn der Istwert
der Spannung größer als der Sollwert ist und die Entladung des Kondensators C erst
mit Beginn des »Zündbereiches« anfängt.