DE1488135A1 - Symmetrisch arbeitende Anordnung zum Sperren und Entsperren - Google Patents

Symmetrisch arbeitende Anordnung zum Sperren und Entsperren

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DE1488135A1 DE19641488135 DE1488135A DE1488135A1 DE 1488135 A1 DE1488135 A1 DE 1488135A1 DE 19641488135 DE19641488135 DE 19641488135 DE 1488135 A DE1488135 A DE 1488135A DE 1488135 A1 DE1488135 A1 DE 1488135A1
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Description

COMPAGNIE GENERALE I)1SLSCTRICUrE 54ι rue la Boetie, Paris VIIIAme
Symmetrisch arbeitende Anordnung zum Sperren und Entsperren
Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Regelanordnung mit einem symmetrisch arbeitenden zündbaren und sperrbaren Halbleiterbauelement·
Die Steuer- und Regelanordnung kann bei einem beliebigen Kreis angewendet werden, in welchem ein Strom je nach dem Wert von bestimmten Parametern, welche den Betrieb einer in den Kreis eingefügten Last definieren, unterbrochen und wieder eingeschaltet werden soll. Ein derartiges symmetrisches zündbares und sperrbares Halbleiterbauelement ist in der Patentanmeldung C 32 883 VIIIo/21g beschrieben.
Lei/B«
Das
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Das Halbleiterbauelement enthält wenigstens vier Übergänge, von denen jeder zwischen zwei Halbleiterschichten mit entgegengesetztem leitfähigkeitstyp liegt,wobei eine einzige Steuerelektrode mit einer mittleren Schicht über einen Anschluss verbunden ist, der aas einem ohmschen Kontakt
besteht, welcher eine Halbleiterschicht von gleichem fc Leitfähigkeitetyp wie die mittlere Schicht enthält, sowie eine weitere Schicht mit starker Dotierung, die in Kontakt mit der Elektrode steht, während die äusseren öchichten des Halbleiterbauelements jeweils mit einer von zwei sogenannten Hauptelektroden verbunden sind. Bs ist jedoch hervorzuheben, dass die erfindungsgemässe öteuer-und Regelanordnung nicht auf die Verwendung des in der genannten Patentanmeldung beschriebenen Halbleiterbauelements begrenzt ist.
Die erf indungsgemässe .anordnung kann mit jedem beliebigen Halbleiterbauelement realisiert werden, das vergleichbare Eigenschaften aufweist, d.h. mit einem symmetrischen, zündbaren und sperrbaren Halbleiterbauelement, das für einen in jeder Richtung fliessenden Gleichstrom geöffnet werden kann, wobei das Zünden durch das Anlegen eines negativen Impulses an die Steuerelektrode ausgelöst wird, während ein positiver Impuls das Halbleiterbauelement
sperrt.
909807/0597 Das
BAD ORIGINAL
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Steuer- und Regelanordnung mit einem symmetrischen, zündbaren und sperrbaren Halbleiterbauelement, dessen einzige Steuerelektrode über einen Widerstand mit einer der Klemmen einer Steuer-Signalerzeugeranordnung verbunden ist, deren andere Klemme mit den beiden Hauptelektroden des Bauelements jeweils über eine Mode verbunden ist, deren Durchlassrichtung zu der betreffenden Elektrode hin gerichtet ist, wobei die Erzeuger— anordnung einen Übertrager mit einemlfegnetkern aus einem Material mi1)rechteckiger Hysteresisschleife enthält und
von der Wechselstromquelle synchronisiert wird, welche den zu steuernden Stromkreis speist, und wobei die Erzeugeranordnung in Abhängigkeit von den Bedingungen geregelt wird, welche die Arbeitszustände der in den Kreis eingefügten Last definieren.
Bei der erfindungsgemässen Steuer- und Regelanordnung für einen wechselstromgespeisten Stromkreis, enthält der Übertrager eine Sekundärwicklung, dessen Klemmen die -A-usgangssklemmen der Steuersignalerzeugeranordnung bilden, eine erste Primärwicklung, die an die Klemmen eines Hilfssignalgenerators angeschlossen sind, welcher synchron mit der Wechselstromquelle betrieben wird, und eine zweite Primärwicklung, die an die Klemmen eines Abtasters angeschlossen ist, der auf
die
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die Parameter einer in den Stromkreis eingefügten Last anspricht.
Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigen:
Fig.1 die nahezu rechteckige Hysteresisschleife eines magnetischen Materials, das bei dem erfindungsgemässen Übertrager verwandet wird und
Pig.2 das Schaltbild einer bevorzugten ^usführungsform derjerfindungegfiÄässen Anordnung.
Die Kurve von Fig.1 zeigt die Beziehung zwischen der magnetischen F eidstärke ( gemessen in Amperewindungen) und der magnetischen Induktion (gemessen in Grause) bei einem magnetischen Material mit nahezu rechteckiger Hysteresisschleife·
Dieses Material besitzt im Gleichgewichtszustand eine magnetische Induktion, beispielsweise mit dem Wert -B , der auf der Kurve durch den Punkt PQ dargestellt ist. Eine Veränderung der an den Magnetkern angelegten magnetischen Feldstärke verändert die magnetische Induktion des Kerns, die durch die neue Lage des ArbsLtspunkts P feea&iavt ist. Diese letzte Lage des Punktes P hängt
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jedoch nicht nur von demWert der an den Kern angelegten magnetischen Feldstärke ab, sondern auch von der Änderung der magnetischen Feldstärke seit ihrem letzten Wert. Wenn beispielsweise der Kern beim Fehlen eines äusseren Magnetfelds einen durch die magnetische Induktion -B. definierten Magnet!sierungszustand aufweist, und dann ein Magnetfeld angelegt wird, das von Obis zu einem Wert Nj wächst und dann wieder bis zum Wert 0 abnimmt, wandert der Arbeitepunkt der magnetischen Induktion auf der Kurve von der Stelle P bis zur Stelle £, wobei er dem geraden Abschnitt (d) der Kurve folgt·
Wenn das Magnetfeld erneut den Wert Null erreicht, befindet sich der Arbeitspunkt der magnetischen Induktion dann bei Q, was einer remanenten Induktion +BQ entspricht, Sie magnetische Remanenzinduktion ändert also ihre Polarität, wenn der Magnetkern unter die Wirkung eines Magnetfelds gebracht wird, das zu Beginn den Wert Null hat, dann durch ein Maximum geht und ansohliessend wieder bis zum Wert Null abnimmt«
uiese Erscheinung wird nachstehend dadurch ausgedrückt, daae ein positiver Impuls der magnetischen Feldstärke (und somit des das magnetische *'eld erzeugenden
elektrischen
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elektrischen Stronß ) eineümkehr der Polarität der magnetischen Ruheinduktion bewirkt ( Übergang vom
Wert -B0 zum Wert +BQ). Eine Prüfung von Fig.1 zeigt, dass diese Polaritätsumkehr nur dann möglich ist, wenn der Arbeitspunkt den äussersten Punkt E erreicht, was voraussetzt, dass der Impuls des Hagnetfelds eine ψ Amplitude haben muss, die wenigstens gleich dem Wert N« sein muss, welcher der lage £ des Arbeitspunkt entspricht.
Perner ist aus Fig.1 erkennbar, dass ein negativer Impuls des elektrischen Felds (bzw. des das feld erzeugenden *>troms ) bei ausreichender Amplitude erneut die Polarität der magnetischen Induktion umkehrt (Übergang vom Wert +B zum Wert -B0),
abwechselnde Folge von positiven und negativen Impulsen des an den Magnetkern angelegten Magnetfelds lässt also die magnetische Induktion zwischen den Werten -B und +B umkippen; diese Erscheinung der Ummagneti-
sierung erfolgt im ?akt der Impulse des Magnetfelds.
Fig·2 zeigt sohematisch eine bevorzugte Atsführungsform der erfindungsgemässen Anordnung. Sin zündbares
und
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"· 7 —
und sperrbares Halbleiterbauelement ist schematisch bei
ACB dargestellt, wobei A eine erste Hauptelektrode, B eine zweite Hauptelektrode und C eine Steuerelektrode sind, dieses Halbleiterbauelement ist so beschaffen, dass es durch einen von A nach B oder iron B nach A fliessenden ötrom geöffnet (gezündet) oder gesperrt werden kann, je nach den Werten der Potentialdifferenzen, welche zwischen den Elektroden A, B und C angelegt werden.
Das Halbleiterbauelement enthält beispielsweise fünf Schichten 1, 2, 3t 4-, 5, welche durch vier übergänge voneinander getrennt sind, wobei die äusseren Schichten 1 und 5 in Kontakt mit den Elektroden A und B stehen·
Die Elektrode A ist an eine Klemme 11 einer Wechselstromquelle S angeschlossen, während die Elektrode B und die andere Klemme 12 der Wechselstromquelle mit den Eingangsklemmen einer Last 13 verbunden sind.
Die Elektroden A und B sind über zwei Dioden R1 und H2 mit einem Funkt D verbunden. Die Dioden sind so eingefügt, dass die Durchlassrichtung des Stroms von D nach A und von D nach B geht.
Ein
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Ein schematisch bei 4-0 dargestellter Übertrager enthält einen Hagnetkern 41 aus einem Material mit nahezu rechteckiger Hyeteresisschleife (nach Art der in 3?ig«1 gezeigten Kurve) und drei Wicklungen 42, 43 und 44·
Sie Klemmen der Wicklung 42 sind mit der Steuerelektrode C über einen Widerstand 9 und mit dem zuvor beschriebenen w Schaltungepunkt D verbunden·
Klemmen der Wicklung 43 sind an die Klemmen einer schematisch bei 21 angedeuteten Anordnung angeschlossen· -^ie Anordnung 21 ist ein erster Steuersignalereeuger, dessen Signale mit den Halbwellen des von der Wechselatromquelle S abgegebenen Wechselstroms synchronisiert sind. Die Synchronisation zwischen der Quelle S und der Anordnung 21 ist in der Zeichnung schematieoh durch die Verbindungen 22, 23 angedeutet, welche an die Klemmen 11,12 angeschlossen sind und die Rolle eines Stromve rsorgungskreiees für den Signalerzeuger 21 bilden.
Klemmen der Wicklung 44 sind an die Ausgangsklemmen eines Abtasters 45 angeschlossen, der die Aufgabe hat, einen Steuerstrom abzugeben, der von den Arbeitsbedingungen der Last 13 abhängt·
Die
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Die Last 13 kann beispielsweise aus einem Widerstand eines Thermostaten bestehen, der so eingestellt ist, dass er bei einer bestimmten Temperatur arbeitet. Jedes Überschreiten der Henntemperatur bewirkt dann die Abgabe eines Sperrstrome, der von dem Abtaster 45 in die Wicklung 44 geschickt wird· Dieser Sperrstrom verschiebt den Arbeitspunkt F ( Fig.1) in eine solche Lage, dass die Amplitude der in der Wicklung 42 induzierten Impulse nicht mehr ausreicht, dass der Arbeitspunkt den Knick I oder H der Kurve von Pig.1 überschreiten kann. Es findet dann keine ümmagnetisierung des Übertragers mehr statt, und das Bauelement ACB wird gesperrt.
Die Verbindung zwischen dem Abtaster 45 und der last 13 ist in Pig·2 schematisch duroh die Linie 24 angedeutet. -^Le Regelsohlelfe ist im vorliegenden Fall nur als Beispiel angegeben, denn die erfindungsgemässe anordnung kann ebensogut für eine nicht geregelte Anordnung verwendet werden, indem die Steuerung des Abtasters beispielsweise von sand erfolgt.
Bevor die Wirkungsweise der Anordnung in ihrer Gesamtheit untersucht wird, ist es zunächst erforderlich, das Prinzip der Steuerung des Zündens und des Sperrens des Bauelements ACB duroh den übertrager 40 mit demKern mit rechteckiger
Hysteresissdleife zu erläutern·
«A
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Bine
Ein an den Kern des Übertragers angelegter Magnetfeldimpuls Induziert eine elektromotorische Kraft in einerWicklung, beispielsweise der Wicklung 42.Biese elektromotorische Kraft iat proportional der zeitlichen Ableitung des magnetischen Flusses in der Wicklung 42.
Aue der Erläuterung von fig.1 ging hervor, dass ein positiver Magnetfeldimpuls die magnetische Induktion vom Wert -B zum Wert +BQ umkippen lässt. Diese Änderung der magnetischen Induktion drückt sich in der Ausbildung einer induzierten elektromotorischen Kraft aus , deren zeitliche Änderung durch eine Kurve dargestellt werden kann, welche der Kurve des Magnetfeldimpulses (welcher dem diesen Impuls erzeugenden Strom proportional ist), ähnlich iöt, aber die entgegengesetzte Polarität aufweist ( negativer Impuls). Wie aus der Er Halte rung von Pig.1 weiter hervorgeht, erzeugt somit eine folge von abwechselndenMagnetfeldimpulsen (welche durch ^tromimpulse in einer Wicklung erzeugt werden ) eine folge von abwechselnden Stromimpulsen im Stromkreis der Wicklung 42.
Wenn an den Magnetkern ein Vormagnetlsierungsgleichfeld angelegt wird, verschiebt sich der Arbeitpunkt zu dem
ent-
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entsprechenden Funkt nit der magnetischen Feldstärke Npj bei der dargestellten Anordnung addieren sich die negativen ImpuJ.ee somit zu dem Magnetfeld, während die positiven Impulse davon abgezogen werden, und der Arbeitepunkt kannt den Knick I der Hysteresisschleife nicht mehr überschreitent Es findet keine Ummagnetisierung mehr statt. Sas Vorhandensein eines Vormagnetisierungegleich-
feldes verhindert somit das Umkippen der magnetischen Induktion zwischen den Werten +B und -B0, und dementsprechrend werden keine Stromimpulse mehr in dem Stromkreis der Wicklung 42 induziert.
Die Anordnung arbeitet in folgender Weise : Spannungeimpulse, welohe zwischen dem Funkt D und dem Widerstand der Steuerelektrode C angelegt werden, zünden oder sperren das Bauelement JpB je nach der Polarität dieser Spannungs- ι impulse. Impulse wechselnder Polarität, welche mit den Halbwellen der Weohselstromquelle S synchronisiert sind, erlauben den normalen Durongang des von der Quelle S abgegebenen Wechselstroms während eines bestimmten Bruchteils jeder Halbwelle. Diese Impulse werden durch
die elektromotorische Kraft erzeugt, welohe in der Wicklung 42 durch das Umkippen der magnetischen Induktion im Kern 41 induziert wird, wobei dieses Umkippen durch Magnetfeldimpulse im Kern bewirkt wird, welche durch Stromimpulse
la.
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in der Wicklung 43 erzeugt werden. Diese Stromimpulse in der Wicklung 43 werden von dem Signalerzeuger 21 abgegeben, welcher durch das schematisch bei 22,23 dargestellte System mit der Quelle S synchronisiert ist.
Unter diesen normalen Bedingungen erlaubt das Bauelement ACB den Durchgang des die Last 13 speisenden Wechselstroms, wobei der Signalerzeuger 21 ausserdem so eingestellt wird, dass er den Durchgang des 'Stroms während eines bestimmten Bruchteils jeder Halbwelle bewirkt. Der Wert dieses Bruchteils der Halbwelle bestimmt die zur Last gelieferte Energiemenget Die zur Last gelieferte Leistung kann somit auf einen durch Einstellung der Anordnung 21 bestimmten Wert stabilisiert werden·
Der Abtaster 45 bewirkt , dass der Wicklung 44 ein sogenannter Sperrstrom je nach den Anforderungen zugeführt wird, welche durch die Werte der verschiedenen, den Betrieb der Last bestimmenden Parameter, definiert sind. Dieser Abtaster 45 kann von Hand einstellbar oder automatisch mit der Last verbunden sein. Wenn der Abtaster einen öperrstrom abgibt, wird in der Wicklung 44 ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, welches die Rolle eines Vormagnetisierungsfeldes spielt, dessen Wirkung zuvor bei der Beschreibung der Steuerung des Zündens und Sperrens des Bauelements ACB durch den Übertrager 40
erläutert
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erläutert wurde. Wenn der vom Abtaster 45 abgegebene Strom einen bestimmten Wert IQ hat, verhindert das Vormagnetisierungsfeld des Übertragers jedes Umkippen der magnetischen Induktion, und das Bauelement ICB bleibt in einer "gesperrtenwStellung, bei welcher der Durchgang des Strome verhindert wird. Wenn kein Strom durch die Wicklung 44£Liesst, erfüllt der Signalerzeuger 21 seine Bolle in normaler Weise, und der Strom flieset durch das Bauelement AGB.
Wenn die Last ein Thermostat ist, der so eingestellt ist, dass er bei einer genau bestimmten Temperatur
arbeitet, kann der Abtaster beispielsweise aus einem Thermoelement bestehen, das in dem Gefäss des Thermostats angeordnet ist, und der Strom des Thermoelements wird durch einen Gleichstromverstärker verstärkt.
Wenn die Temperatur im Innern des Thermostats nicht der vorgesehenen Temperatur entspricht, erreicht der vom Thermoelement abgegebene Strom einen solchen Wert, dass das Bauelement AGB gesperrt wird, und der Speisestrom des Thermostats wird unterbrochen, bis die Nenntemperatur wieder hergestellt ist.
Die.
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BAD
Die Anwendung der erfindungsgemässen Schalt- und Leistungsregelanordnung bei Thermostaten ist nur als Beispiel angegeben worden? die -Anwendung bei beliebigen Anordnungen zur Steuerung oder Regelung von lasten vonHand oder automatisch ist ohne weiteres ersichtlich.
Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung besteht in der Möglichkeit, einer zusätzlichen Regelung des Laststroms in Abhängigkeit von den Möglichkeiten des zündbaren und sperrbaren Bauelements. Der Übertrager mit einem Kern aus einem Material mit rechteckiger Hyeteresisschleife kann» nämlich eine zusätzliche Vormagnetisierungswicklung tragen, deren Gleichstromversorgung von einem Abtaster erfolgt, der auf die temperatur des zündbaren und sperrbaren Bauelements selbst anspricht, wodurch jede Beschädigung dieses Bauelements durch unzulässig grosse Ströme verhindert > wird.
Patentansprüche
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Claims (7)

  1. Pat ent anspräche
    Steuer- und Regelanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass ein symmetrisches zündbares und sperrbares Halbleiterbauelement vorgesehen ist, dessen einzige Steuerelektrode über einen Widerstand mit einer Klemme einer Steuersignalerzeugeranordnung verbunden ist, deren andere Klemme an zwei Hauptelektroden des Bauelements jeweils über eine Diode angeschlossen ist, deren Durchlassrichtung zur Elektrode hin gerichtet ist, dass die ^ignalerzeugeranordnung einen übertrager mit einem Magnetkern aus einem Material mit nahezu rechteckiger Hysteresisschleife enthält, dass die Signalerzeugeranordnung mit der den zu steuernden Stromkreis speisenden Wechselstromquelle synchronisiert ist, und dass die uignalerzeugeranordnung in Abhängigkeit von den Bedingungen gesteuert wird, welche die Arbeitszustände der in den Stromkreis eingefügten Last definieren.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sekundärwicklung, deren Klemme die Ausgangsklemmen der öignalerzeugeranordnung bilden, eine erste Primärwicklung, welche an die Klemmen eines Hilfssignalarzeugers angeschlossen
    sind.
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    sind, der mit der WehhsdLstromquelle synchronisiert ist, und durch eine zweite Primärwicklung, welche an die Klemmen eines Abtasters angeschlossen ist, der auf die
    Parameter einer in den Stromkreis eingefügten Last anspricht.
  3. 3. ^iioranuag nach Anspruch 2, ddurch gekennzeichnet, dass zwischen den Klemmen des Abtasters und den Klemmen der zweiten Primärwicklung ein Gleichstromverstärker eingefügt ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Klemmen des Abtasters und den Klemmen der zweiten Primärwicklung eine von Hand zu betätigende btromregelanordnung eingefügt ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Abtaster einen Gleichstrom abgibt, der von den mittleren Werten der den Betrieb der Last kennzeichnenden Parameter abhängt.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Last ein Thermostat ist, und dass der Abtaster durch
    ein Thermoelement gebildet ist, dessen Ausgangsstrom von einem Gleichstromverstärker verstärkt wird.
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    BAD ORIGINAL
  7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertrager mit einem Hagnetkern mit nahezu rechteckiger Hysteresisschleife eine dritte Primärwicklung fcrägt, deren Klemmen an einen Abtaster angeschlossen sind, der einen Gleiohstrom abgibt, dessen Wert τοη der Temperatur des zündbaren und sperrbaren Halbleiterbauelements abhängt.
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