DE1412546A1 - Steuergeraet fuer Trinistoren - Google Patents

Steuergeraet fuer Trinistoren

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DE1412546A1 DE19601412546 DE1412546A DE1412546A1 DE 1412546 A1 DE1412546 A1 DE 1412546A1 DE 19601412546 DE19601412546 DE 19601412546 DE 1412546 A DE1412546 A DE 1412546A DE 1412546 A1 DE1412546 A1 DE 1412546A1
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Description

Steuergerät mit Trinistören
(Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden USA-Patentanmeldung Serial-No. 843»296 vom 29« September 1959 beansprucht
In letzter "Zeit ist ein neues Halbleiterelement entwickelt worden, das unter dem tarnen Trinistor im Handel erhältlich ist. Es handelt sich hierbei um ein transistorähnliches Gerät mit vier aneinander« grenzenden Schichten aus halbleitendem Material· In Figur 1 ist der sehematische Aufbau eines solchen Trinistors wiedergegebene Im allgemeinen wird die Schicht 1 als Emitter, die daran angrenzende Schicht 2 als erste Basis, die folgende· .Schicht 3 als zweite Basis und die Schicht 4 als Kollektor bezeichnete Letztere Schicht besteht ζ·Βο aus einem Material wie Indium und dient als Minorität st rager quelle· Der gesamte Aufbau trägt drei Anschluß-Elektroden und zwar eine mit der Schicht 1 in V erbindung stehende Emitter-Elektrode, eine mit der Schicht 2 verbundene Basis-Elektrode und eine mit der
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Schicht 4 verbundene Kollektor-Elektrode. · .
Die Arbeitsweise eines solchen Trinistors ähnelt sehr derjenigen eines Tyratrons. In gleicher Weise wie das Tyratron weist auch der Trinistor zwischen den Ausgangsklemmen 21. und 22 entweder einen sehr hohen oder einen sehr niedrigen Widerstand auf. Im Unterschied zum Tyratron ist jedoch der Durehlaßwiderstand noch bedeutet niedriger als beim Tyratron· Wird dem Trinistor an seinen Ausgangsklemmen 2.1 und 22, also an seiner Emitter-Kollektor-Strecke eine Spannung in Sperriehtung angelegt und diese Spannung allmählich gesteigert, so wird ein maximaler Wert für diese Spannung erreicht, bei dem die Emitter-Kollektor-Strecke sprungartig von dem nichtleitenden in den leitenden Zustand übergeht« Der maximale Wert für diese Spannung ergibt sich, wenn der Basis kein Steuerstrom zugeführt wird. Der Wert für diese Spannung wird umso niedriger, je größer der steuernde Basis-Strom ist. Ist die Emitter-Kollektor-Strecke einmal im niederohmigen Zustand, dann bleibt sie in diesem Zustand,auch, wenn kein Steuerstrom vorhanden ist·
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Anordnung zur Steuerung der Eröffnungszeit eines solchen Trinistors. Solche Anordnungen werden vorzugsweise zur Steuerung des Zündwinkels von Gleichrichterventilen in regelbaren oder steuerbaren Stromversorgungsanlagen verwendet. Die Erfindung besteht darin, daß der Emitter-Kollektor-Stromkreis des Trinistors mit Wechselspannung gespeist wird und daß ein Kondensator vorgesehen ist, der über ein Ventil jeweils während der Halbperiode aufgeladen wird, während der die speisende Wechselspannung die Emitter-Kollektor-Strecke des Trinistors in Sperriehtung beansprucht und dessen Spannung mit der Steuerspannung verglichen wird, um so den Zündzeitpunkt zu bestimmen.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für die Erfindung sieht vor, / mit dem Kondensator einen Bezugswiderstand in Serie zu sehalten, an dem die Steuerspannung oder eine dem Steuerstrom proportionale Spannung liegt und zwar in der Weise, daß an den äußeren Klemmen der Serienschaltung die Summe der an den einzelnen Elementen abfallenden Spannung auftritt. An die äußeren Klemmen der Serienßchaltung aus Kondensator und Bezugswiderstand wird ein aus zwei Widerständen bestehender Spannungsteiler angeschlossen. Zwischen den V-erbindungspunkt des Kondensators mit dem Bezugswiderstand und den V-erbindungspunkt der beiden Spannungsteilerwiderstände kann nun die Steuerstrecke des Trinistors angeschlossen werden,, Dabei kann in die Zuleitung zum Emitter ein Steuertransformator eingeschaltet werden, von dessen Sekundärwicklung Impulse abgegriffen werden können, deren Phasenlage im Bezug auf die die gesamte Anordnung speisenden Wechselspannung von der Größe der am Bezugswiderstand liegenden Steuerspannung abhängig ist. Zweckmäßig wird man die Widerstände des Spannungsteilers so wählen, daß an der Steuerstrecke des Trinistors von dem Augenblick an eine durchsteuernde Spannung anliegt, injäem die Spannung am Kondensator unter den Wert der Spannung absinkt, die an dem Bezugswiderstand abfällt.
Eire besonders einfache. Ausführung für die Erfindung erzielt man dadurch, daß der Kondensator über ein Ventil an eine Anzapfung der Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen wird, die gleichzeitig auch die Arbeitsstrecke, also die Emitter-Kollektor-Strecke des Trinistors speist.
Wie bereits erwähnt eignet sich ein solches Steuergerät ganz besonders zur Steuerung der Zündwinkel von steuerbaren Gleichrichter-
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ventilen«. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung "besteht daher in der Anwendung dreier solcher Steuergeräte zur Regelung der Lastspannung oder des Laststromes eines Verbrauchers, der über drei steuerbare Gleichrichterventile an ein.dreiphasiges Speisenetz angeschlossen ist» Eine Anordnungp die sich von den bisherigen Steuersätzen durch besondere Einfachheit,großeren Wirkungsgrad und geringere Unterhaltungskosten auszeichnet, erhält man dann, wenn dem Verbraucher ein einstellbarer Widerstand parallelgeschaltet wird, der als Bezugswiderstand allen drei Steuergeräten gemeinsam ist« An die Sekundärwicklungen der Steuertransformatoren der drei Steuergeräte ist dann jeweils die Steuerstrecke eines der drei Gleichrichterventile angeschlossen© Bei einer solchen dreiphasigen Anordnung ist es weiterhin zweckmäßig die drei Steuergeräte von einem gemeinsamen Transformator zu speisen, dessen Sekundärwicklungen in Stern geschaltet sind«
Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben»
In Figur 2 wird ein Ausführungsbeispiel für ein Speisegerät gezeigt, bei dem eine Last 11 über steuerbare Ventile Ti, T2 und T3 an die in Stern geschalteten Sekundärwicklungen SW1, SW2 und SW 3 angeschlossen sind0 Die Primärwicklung PW1 sind in diesem Falle in Dreieck geschaltet und an das Dreiphasennetz L1, L2 und L3 angeschlossen« Als steuerbare Gleichrichterventile sind in diesem Falle Trinistoren verwendet, in deren Emitter-Kollektor-Stromkreis jeweils ein Ventil Dt bzw„ D2 b2we D3 vorgesehen ist. Die Emitter-Basis-Strecke, also die Steuerstrecke eines jeden dieser drei Trinistoren ist an die Sekundärwicklung eines Steuertransformators eines der drei. Steuergeräte angeschlossene Zum Beispiel
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ist der Trinist or Tt an die Sekundärwicklung SW7 des Steuertransformators PT1 angeschlossene Parallel zur Emitter-Basis-Strecke jedes Trinistors ist ein veränderbarer Widerstand, z<,B<> der Steuerstrecke des Trinistors Tt der veränderbare Widerstand Pt. mit dem Abgriff Bt parallelgesch5)a£et.
Im folgenden wird zunächst der Aufbau und die Wirkungsweise der untereinander vollkommen gleichen Steuergeräten besprochene Jedes Steuergerät wird von einem Strang der in Stern geschalteten Sekundärwicklung des Transformators PW2.gespeist» Das erste Steuergerät, dem der Trinistor T4 und der Steuertransformator PT1 zugeordnet ist,wird von dem. Strang SW4 gespeist«, Dieser Strang trägt eine Anzapfung;, an die über ein Ventil D5 ein Kondensator Gt angeschlossen ist· In Serie mit diesem Kondensator liegt der veränderbare Bezugswiderstand T5 mit dem Abgriff B5,der in diesem Aus führung s· beispiel für alle drei Steuergeräte der gleiche ist» Es ist"hierbei Z-U beachten, daß die Polarität der Spannung am Kondensator und die der Spannung am Bezugswiderstand so gewählt sind, daß sich an den äußeren Klemmen der Serienschaltung der beiden Bauelemente
die Summenspannung ergibt. Zwischen den Abgriff B5 und den Verbindungspunkt der Diode D5 mit dem Kondensator 01 ist ein aus den Widerständen R2 u-nd P4 bestehender.Spannungsteiler angeschlosen. Der Widerstand P4 ist daböi mit einem veränderbaren Abgriff B4 versehen«, Die Emitter-Elektro.de des Trinistors T4 ist nun über die Primärwicklung PW7 des Steuertransformators PTt an den Verbindungspunkt von Kondensator G1 und"Bezugswiderstand P5 angeschlossene Die Basis-Elektrode des Trinistors" P4 dagegen ist an den Verbindungspunkt der beiden Spannungsteilerwiderstände PR2 und P4 angeschlossen· Der Kollektor des Trinistors ist über einen Be-
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grenzerwiderstand R1 und eine Diode D4 an die Sekundärwicklung SW4.'_ angeschlossen, während der Emitter über die Primärwicklung PW7 ~ ;." des Steuertransformators PT-1 an das andere Ende dieser Wicklung angeschlossen ist· Die Sekundärwicklungen SW sind so dimensioniert,; daß die zwischen ihren äußeren Anschlüssen gelieferte Spannung nicht ausreicht, um die Trinist or en in den niederohmigen Zustand zu überführen, wenn kein Steuerstrom der Basis zugeführt wird0 Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Trinistoren nur durch den Basis-Strom gesteuert werden. Ferner sind die Spannungsteilerwiderstände so dimensioniert, daß die Steuerstrecke des Trinistors von dem Augenblick an eine durchsteuernde Spannung erhält, in dem die Vergleichsspannung am Kondensator C1 kleiner als die Spannung am Bezugswiderstand wird* In diesem Falle ist also der Emitter des Trinistors positiv gegenüber der Basis, sodaß der Trinistor durch- · gesteuert wird. Es fließt also ein Strom durch die Primärwicklung PW7 des Steuertransformators PT1, sodaß in dessen Sekundärwicklung ■■ 7 eine Spannung induziert wird, die dann in diesem Falle den Trinistor T1 durchsteuert· Es ist also offensichtlich, daß die Durchsteuerzeit des Trinistors T4 und somit auch die des Trinistors T1 von . . der Größe der Spannung an dem Bezugswiderstand P5 bzw, der Spannung an dem Kondensator C1 abhängt.
In gleicher Weise arbeiten auch die zwei übrigen Steuergeräte«, Zu beachten ist allerdings, daß die die Trinistoren speisenden Transformatorwicklungen Spannungen liefern, die um 120° gegeneinander versetzt sind» Entsprechend sind auch die von den einzelnen Steuergeräten an den Sekundärwicklungen der St euer transformatoren gelieferten Spannungsimpulse jeweils um 120° phasenverschcbeno
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Ändert sich also die Spannung an dem Bezugswiderstand P5, mit anderen Worten die Lastspannung, dann wird, da der Bezugswiderstand Teil aller drei Steuergeräte ist, die von den Steuergeräten an den Ausgang von den Steuertransformatoren gelieferten Impulse in ihrer Phasenlage gegenüber der speisenden Wechselspannung verschoben und zwar in einem solchen Sinne, daß die Änderung der Lastspannung durch Verkleinerung oder Vergrößerung der Durchsteuerzeit der Gleichrichterventile ausgeglichen wird·
In Figur 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Stromversorgungsgerät gezeigt, das ebenfalls mit den gleichen, bereits beschriebenen Trinistorsteuergeräten arbeitet« Die Anordnung ist im übrigen genauso aufgebaut, wie die in Figur 2 gezeigte.» Sie
• unterscheidet sich im wesentlichen dadurch, daß als steuerbare . Gleichrichterventile in diesem Falle Transistoren T1a, T2a und T3a verwendet wird· Zwischen Kollektor und Basis eines jeden Transistors ist ein Vorspannungswiderstand vorgesehen" (R7, R8, R9), Die Arbeitsweise der in Figur 3 gezeigten Anordnung ist vollkommen
die gleiche wie die der in Figur 2 dargestellten Stromversorgungsanlag« Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind ζ-zahlreiche weitere Ausführungsbeispiel denkbaro So kann ζ·Β· an Stelle der Last ein Regler wie zoB0 eine sättigbare Drossel oder die Feldwicklung ■ eines'Gleichspannungsgeherators vorgesehen sein, der seinerseits erst eine Hauptlast mit einer geregelten Spannung speist· Die
Steuerspannung, die vom Potentiometer P5 abgegriffen wird, muß dann to
° von dieser Hauptlastspannung abgeleitet werden^ Ein solches Aus-
oo · ■ is*
.P^ führungsbeispiel/in Figur 4- gezeigt. Mit SW ist dort die Feldwicklung
*»■» eines Generators G bezeichnete Diese Feldwicklung wird an Stelle ""* der in den Figuren 2 und 3 mit L bezeichneten Last aus dem Wechselspannüngsnetz über die steuerbaren Ventile gespeist. An die Klemmen des Generators ist hier direkt das Potentiometer P5 angeschlossen»
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von dessen Abgriff- B5 die Steuerspannung den Steuergeräten zugeführt wir de
4 Figuren 13 Ansprüche
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Claims (12)

Patentansprüche · ' '·
1. !Anordnung zur Steuerung der Öffnungszeit eines Haltleiterventils
abhängig von der Größe eines Steuerstromes oder einer Steuerspannung, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterventil ein Trinistor verwendet ist, dessen Emitter-Kollektor-Stromkreis mit Wechselspannung gespeist wird und daß ein Kondensator vorgesehen, ist, der über ein Ventil jeweils während der Halbperiode aufgeladen wird, während der die speisende Wechselspannung die Emitter-Kollektor-Strecke des Trinistors in Sperrichtung beansprucht und dessen Spannung mit der Steuerspannung verglichen wirdρ um so den Zündzeitpunkt zu bestimmen·
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kondensator ein Bezugswiderstand in Serie geschaltet ist, an dem die Steuerspannung oder eine dem Steuerstrom proportionale Spannung liegt.und zwar in der Weise, daß an den äußeren Klemmen der Serienschaltung die Summe der an den einzelnen Elementen abfallenden Spannung auftritt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugswiderstand einstellbar ist»
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die äußeren Klemmen der Serienschaltung ein aus zwei Widerständen bestehender Spannungsteiler angeschlossen ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungspunkt von Kondensator u nd Bezugswiderstand und den Verbindungspunkt der beiden Spannungsteilerwiderstände die Steuerstrecke (Emitter-Basis-Strecke)- des Tri-
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istorfangeschlossen ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Widerstände des Spannungsteilers einstellbar ist
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Emitterzuleitung die Primärwicklung eines Steuer-Transformators angeordnet ist.
8ο Anordnung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswerte des Spannungsteilers so gewählt sind, daß an der Steuerstrecke des Tri.n-istors von dem Augenblick an eine durchsteuernde Spannung anliegt, in dem die Spannung am Kondensator unter den Wert der Spannung absinkt, die an dem Bezugswiderstand abfällt.
9ο Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator über das Ventil an eine Anzapfung der Sekundärwicklung eines Transformators angeschlossen ist, der auch den LastStromkreis des Trinistors speist«
10. Anordnung zur Speisung einer Last mit einem konstanten Gleichstrom oder einer konstanten Gleichspannung,bei der die Last über drei steuerbare Ventile zwischen, den Sternpunkt und den drei Leitern eines Dreiphasensysteias angeschlossen ist, unter Verwendung von drei Steuergeräten entsprechend Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Last ein Widerstand parallelgeschaltet ist und ein einstellbarer Teil dieses Widerstandes als Bezugswiderstand allen drei Steuergeräten gemeinsam ist«.
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11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der drei Steuergeräte von je einer der in Stern-geschalteten
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Sekundärwicklung eines Dreiphasentransformators gespeist wird.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der drei, die Last speisenden Ventile mittels der Ausgangsspannung des Steuertransformators eines der drei Steuergeräte gesteuert wird.
13· Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als
steuerbare Ventile ebenfalls Trinistoren verwendet sind.
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