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| Regelbare Speiseschaltung für |
| elektronnetische Vibratoren |
| Elektromagnetieohe Vibratoren, wie sie als Antrieb für |
| Förderrinnen, Donitranlagen, Beechiokungseinrichtungen |
| usw. Verwendung finden, werden sui dem Wochselstromuetz |
| über einen Einweggleichrichter gespeist. Für die
zumeist |
| erforderliche etutenloee Leistungeregelu?*
zwischen Null |
| und Ma=imalleietupg wurden -trlher Potentiometer, Regel- |
| tranetormatoren, Thyratrone, Magnetverstärker u.a.
als |
| Regelorgane eingesetzt. Regelorgane dieser Art sind ziem- |
| lich teuer und beanspruchen viel Plats, oft mehr als der |
| Vibrator selbst. Im Pulle von Potentiometern oder Vor- |
schaltwideretänden wird an diesen bei niedriger Vibratorleistung
eine beträchtliche Leistung in Wärme umgesetzt Beim Thyratron oder Magnetverstärker
ist anderseits der relativ hohe Spannungsabfall von 15 bis 30 V auch bei voller
Aussteuerung nachteilig.
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Neue Möglichkeiten zeichneten eich ab mit dem Erscheinen den steuerbaren
Halbleiter-Gleichrichters, in welchem die Funktionen des Regelorgane und des Gleichrichtern
vereinigt sind. Seine geringen Abmessungen, sofortige Betriebebereitschaft und sein
niedriger Spannungsabfall lassen ihn in hohem Masse für die Anwendung mit elektromagnetischen
Vibratoren geeignet erscheinen. Grundsätzlich handelt es eich um die Serieschaltung
des Gleichrichters mit der Vibratorspule, wobei die Leistungsregelung durch Schaltimpulse
(Startimpulse) an der Steuerelektrode des Gleichrichters erfolgt, welche Impulse
mit der Netzfrequenz synchronisiert, jedoch in der Phasenlage veränderbar sind (Phasenanschnitt-Steuerung).
In der praktischen Amendung stellen sich allerdings verschiedene Schwierigkeiten
ein, die bis anhin nicht durchwegs überwunden werden konnten. Vor allem ist der
steuerbare Halbleiter-Gleichrichter durch im Betrieb auftretende Ueberspannungen
gefährdet. Einereeite sind dem Speisenetz häufig kurze Ueberepannungsepitzen überlagert,
welche vom Einsohalten von Transforma-
toren, Xötoren, Kompeneatione-Kondensatoren
uew. herrühren.
| Aber auch in der Schaltung eelbet werden.
Spanraungespittsen |
| erzeugt, die durch die besonderen Eigenschelten des steuer- |
| baren Gleichrichtern in Verbindung mit der Induktivität
der |
| Vibratorepule bedingt eindi Nachdem der ßletchrichter in |
| jedem Zyklus jeweils durch einen Startimpuls an der Steuer- |
| elektrode in den leitenden Zustand versetzt worden ist, |
| geht er nicht beim nächsten Mulldurchgang, sondern beim |
| Unterschreiten eines endlichen Durchgangsstromes, des |
| sogenannten ßslteetromes, in den sperrenden Zustand
zurUoki |
| bei diesem Stroua wird somit in jeden Zyklus die Yibrator- |
| opule abgeschaltet. Das Zurtickkippen den Gleichrichters
er- |
| folgt innert weniger Mikrosekunden, und obschon der Halte- |
| Strom nur etwa 0,05 bis 0,1 A beträgt, entstehen dadurch |
| beträchtliche Spannungsspitzen, die den Gleichrichter in |
| Sperrichtung beanspruehen. ' |
| Sodann ergeben mich beim-pertodischen Einschalten des ge- |
| steuerten Gleichrichters Schwierigkeiten infolge der hohen |
| Induktivität der Vibratorepule. Beginnend
mit dem Start- |
| impule steigt der Strom nur nach Massgabe der Zeltkonstante |
| LA des Stromkreises an. wenn nun jeweils nach Fortfall des |
| Startimpulses der Wert den genannten Maltestromee noch |
| nicht erreicht ist, so kippt der Gleichrichte: sogleich |
| wieder in den gesperrten Zustand zurticki die etZürdung"
und |
| damit ein nennenswerter Stromfluse durch den Vibrator kommen |
| dann überhaupt nicht zustande. |
Die beiden geschilderten Unzulänglichkeiten lassen sich zunächst
dadurch beheben, dass der ges feuerte Halbleiter-Gleichrichter mit einem Kondenstaor
überbrückt wird. Kurze Ueberspannungsspitzen, die dem Netz überlagert sind oder
an der Vibratorspule auftreten, werden über diese Parallelkapazität abgeleitet,
so dass sie den Halbleiter-Gleich- . richter nicht gefährden. Ferner liefert der
Kondensator jeweils nach dem Startimpuls sofort einen genügenden Strom durch den
gesteuerten Gleichrichter, wodurch dao sofortige Zurückkippen in den Sperrzustand
verhindert wird.
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Die erwähnte Massnahme, dem gesteuerten Halbleiter-Gleichrichter einen
Kondensator parallel zu schalten, ruft aber sogleich einer neuen unerwünschten Erscheinung:
Die Vibratorapule und der Kondensator bilden einen Serie-Resonanzkreis, welcher
bei einigermassen verlustarmer Bauart das Yibrators (Blechqualität) eine beträchtliche
Güteziffer aufweisen kann. Jeweils beim Zurückkippen des gesteuerten Gleichrichtern
in den Sperrzustand wird dieser Schwingkreis zu einer Resonanzschwizgung angestossen.
Infolge der Reso-, nanzüberhöhung treten nun am Kondensator und damit am gesteuerten
Gleichrichter wiederum gefährliche Ueberepannungen auf, wodurch die beabsichtigte
Schutzwirkung des Kondensators in Frage gestellt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine
regelbare Speieeeohal fang für elektromagnetische V'ibratoren
zu
schaffen, welche die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten in vollem Umfang überwindet.
Es wird dabei von einer Speiseschaltung ausgegangen, bei welcher zur Vibratorspule
ein steuerbarer Halbleiter-Gleichrichter in Serie geschaltet ist, zu welchem ein
Stromkreis mit einem Kondensator perallel liegt. Das Kennzeichen der erfindungsgemässen
Speiseschaltung besteht darin, dass zwischen den steuerbaren Gleichrichter und die
Vibratorspule eine Halbleiter Diode mit gleicher Durchlassriehtung wie der steuerbare
Gleichrichter geschaltet ist, welche Diode entweder Durchbruchcharakteristik aufweist
oder mit einem spannungsbegrenzenden Stromzweig überbrückt ist.
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Im Zusammenhang mit der Zeichnung werden nachstehend verschiedene
Aueführungsbeiepiele der erfindungsgemässen Speisechaltung erläutert.
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Fig. 1 ist das Schaltschema einer Grundform der Speiseschaltung, Fig.
2 zeigt eine Schaltung mit einem besonderen spannungsbegrenzenden Stromzweig, und
Fig. 3 veranschaulioht eine Schaltungsvarianto mit einer besondere vorteilhaften
Ausgestaltung des spannungsbegrensenden Strom@eigee.
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Die Grundschaltung nach fig. 1 ist zwischen den Klemmen 1 und 2 des
Wechseletrom-Speinenetzes angeschlossen. Zu der
Vibratorspule 3
ist ein steuerbarer Halbleiter-Gleichrichter 5 als Regelorgan für die Leistungaregulierung
des Vibratorantriebs in Serie geschaltet. An die Steuerelektrode 6 des Halbleiter-Gleichrichtere
5 wird in bekannter Weise eine (nicht dargestellte) Impulsquelle wobei die Impulse
mit der Frequenz des Speisenetzes synchronisiert, aber in der Phasenlage einstellbar
sind. Diese Impulse bewirken den periodischen Start oder die "Zündung" des Gleichrichters,
welcher beim darauffolgenden Unterschreiten seines Haltestromes wieder in den sperrenden
Zustand zurückkippt. Auf diese Weise wird durch Veränderung der Phasenlage der Startimpulse
an der Steuerelektrode 6 die durch die Vibratorspule 3 fliessende Leistung nach
Art einer Phasenanschmittsteuerung eingestellt.
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Parallel zum steuerbaren Halbleiter-Gleichrichter 5 ist ein Stromzweig
mit dem Kondensator 7 und einem Strombegrenzungewiderstand 8 geschaltet. Dieser
Stromzweig hat den Zweck, im Speisenetz oder an der Vibratorspule 3 auftretende
Ueberspannungeepitzen kurzzuschlieseen bzw. vors steuerbaren Gleichriehter 5 fernzuhalten.
Ausserdem hat die Ladung des Kondensators 7 zur Folge, dann jeweils-nach Verschwinden
des kurzen Startimpulses an der Steuerelektrode 6 sofort ein genügender Strom durch
den Gleichrichter 5 fliesst und diesen in leitendem Zustand hält, bis der Strom
durch die Vibratorepule 3 (deren Induktivität den Stromanstieg verzögert) den Haltestrom
de a.geeteuerten Halbleiter-Gleichrichters 5 übersteigt.
Zwischen
die Vibratorspule 3 und den gesteuerten Gleichrichter 5 ist eine Halbleiter Diode
4 mit gleicher Durchlassriohtung wie der gesteuerte Gleichrichter 5 geschaltet.
Diese Diode 4 hat zur Aufgabe, das Anstossen eines aus Vibratorspule 3 und Kondensator
7 gebildeten Serie- Resonanzkreises jeweils beim Zurückkippen des gesteuerter Gleichrichters
5 in den Sperrzustand zu verhindern. Ohne eine solche Diode 4 würden am Kondensator
7 periodische Spannungsspitzen infolge einer Resonanzschwingung zwischell Spule
3 und Kondensator 7 entstehen, welche den gesteuerten Hallleiter-Gleichrichter 5
zerstörnen körnten.
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Die Halbleiter Diode 4 wäre jedoch ihrerseits in der Schaltung auftretenden
Ueberspannungen ausgesetzt, weshalb besondere Vorkehrungen zu deren Schutz getroffen
werden müssen. Eine Möglichkeit besteht darin, als Diode eine solche mit Durchbrueheharakteristik
zu verwenden, wie sie die Zener- oder Avalanehe Dioden aufweisen. Solche "selbstschützenden"
Halbleiter Dioden sind dank ihrer besonderen Charakteristik im Sperrbereich weitgehend
unempfindlich gegen Ueberspannungen.
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Anstelle einer Spezialdiode kann man aber auch eine gewöhnliche Halbleiter
Diode 4 verwenden, welche zum Schutz gegen schädliche Ueberspannungen mit einem
spannungsbegrenzenden Stromzweig überbrückt ist. Eine solche Möglichkeit ist in
der
Schaltung nach Pig. 2 veranschaulicht. Diese Schaltung enthält im wesentlichen die
gleichen Schaltelemente wie Fig. 1, mit der Ausnahme, dann eine gewöhnliche Halbleiter
Diode 4 verwendet ist. Zum Schutz gegen Ueberspannungen ist jedoch ein zusätzlicher
Stromzweig vorgesehen, welcher von der Verbindungsstelle zwischen Halbleiter Diode
4 und Vibratorspule nach dem netzseitigen Anschluss des gesteuerten Halbleiter-Gleichrichters
5 verläuft und zwei gegeneinander geschaltete Halbleiter-Dioden 12 und 13 mit Durchbrueheharakteristik
enthält. Als solche können wiederum Zener- oder Avalanehe Dioden oder unter der
Handelsbezeiehnung "Tyrector" erhältliche Halbleiter Dioden verwendet werden. Bei
Wahl von Diodentypen 12 und 13 mit geeigneter Durchbruchspannung bleibt die Spannung
über diesem Stromzweig und damit über dem gesteuerten Gleichrichter 5 und der Diode
4 auf einen Wert begrenzt, welcher den beiden letztgenannten Halbleiter-Schaltelementen
nicht gefährlich werden kann.
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Die erwähnten Spezialdioden 12 und 13 sind verhältnismässig teuer.
Ausserdem iet ihre Dimensionierung hinsichtlich der Durchbruchspannung einigermassen
kritisch, da bei üblichen geringfügigen Erhöhungen der Netzspannung die Dioden noch
sperren sollen. In dieser Hinsicht ist eine Schaltungsvariante nach Fig.
3 besonders vorteilhaft, welche Schaltung sich von derjenigen nach
Fig. 2 durch einen andersartiger
spannungsbegrenzenden
Stromzweig unterschoidet.Diessr Stromzweig enthält eine Vollweg-Gleichrichteranordung
16. An die Gleiahetromeeite der Gleichrichteranordung ist ein Kondensator 17 von
relativ grosser Kapazität angeschlossen, welcher mit einem Entladewiderstand 18
überbrückt ist. Der Kondensator 17 wird im Betrieb über den Vollweg-Gleichrichter
16 auf die Netz-Spitzenepannung aufgeladen. Bein Auftreten einer Ueberspannungespitzie
flieset ein entsprechender erheblicher Ladestrom in den Kondensator, wobei eich
aber dank der grossen Kapazität die Kondensatorspannung während der kurzen Dauer
der. Spanmungsspitze nur unwesentlich erhöht. Nach Abklingen der Ueberepannung entlädt
sich dar Kondensator 17 über den Leckwideretand 18 wieder auf die Netzspitzenspannung.
Den üblichen, relativ langsamen Netzepannungsschwankungen passt sioh die Spannung
des Kondensators selbsttätig an. Besondere wirkesam reagiert, dieser Schutzstromkreis
gegen Linschaltstösse bei der Inbetriebnahme, da dann der Kondensator
17 zunächst vollständig entladen ist.
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Der in der Fig. 3 dargestellte spannungsbegrenzende Strom-. geig besteht
aueschlieeelich aus gewöhnlichen handleüblichen und deshalb billigen Schaltelementen,
deren
Dimensionierung nicht kritisch ist.