DE1538251A1 - Anordnung zur Speisung eines mit einem Serienresonanzkreis in Reihe liegenden Verbrauchers mit Strom wechselnder Richtung - Google Patents

Description

• Anordnung zur Speisung eines mit einem Serienresonanzkreis in Reihe liegenden Verbrauchers mit Strom wechselnder Richtung.
• Zur Umformung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung sind Anordnungen bekannt, die mit einem Transformator mit mittelangezapfter Primärwicklung und zwei ",lhyristoren arbeiten, über die die beiden Hälften der Primärwicklung an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind.-Parallel zur gesamten Primärwicklung liegt ein Löschkondensator, der die Energie-zum Löschen des jeweils stromführenden Thyristors beim Zünden des bisher gesperrten Thyristors liefert. Ferner ist es bekannt, den Verbraucher über einen Reih-en-r-e-so-na"nzkreis und ein erstes Schaltelement an eine Gleichspannungsquelle anzuschließen und der Serienschaltung aus Reihenresonanzkreis und Verbraucher ein zweites Schaltelement parallelzuschalten. Auch in diesem Fall ist eine Anordnung erforderlich, die periodisch Zündimpulse für die beiden Schaltelemente - meist Thyristoren - liefert, die damit abwechselnd gezündet werden. Das jeweils stromführende Schaltelement geht bei dieser Anordnung von selbst in den Sperrzustand über, wenn der Kondensator des Serlenresonanzkreises nahezu seine maximale Spannung und der Verbraucherstrom einen nahe bei Null liegenden Wert erreicht hat.
• Die Erfindung geht von einem Wechselrichter der zuletzt genannten Art aus. Ihr liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die abwechselnde Steuerung der beiden Schaltelemente herabzusetzen.
• Die Erfindung bezieht sieh somit auf eine Anordnung z ur Speisung eines mit einem GerienresonanzkreiF. in Reihe liegenden Verbrauchers mit Strömen wechselnder Richtung, bestehend aus zwei abwechselnd stromführenden Schaltelementen, von denen eines im Ladekreis zwisehen einer Gleichspannungsquelle und der Reihenschaltung aur Serienre'sonanzkreie und Verbraucher und das andere in einem den Verbraucher einschließenden Entladekreis liegt.
• Die Erfindung Ißt dadurch gekennzeichnet, daß Schaltelemente verwendet werden, die von dem sperrenden in den leitenden Zustand übergehen, sobald die anliegende Spannung einen Grenzwert überschreitet und die wieder In den Spetrzustand zurückkippen, wenn der Utrom einen nahe bei Null liegenden Gren--wert unterschreitet lind daß die Drossel des Reihenresonanzkreises außer der im-Ladekreis liegenden ersten Wicklung eine zweite Wicklung trägt, die so in den Entladestromkreis gelegt ist, daß das darin liegende Schaltelement unter dem Einfluß der bei Unterbrechung des Stromflusses in der ersten Wicklung an der zweiten Wicklung auftretenden Spannung von dem sperrenden in den leitenden Zustand kippt.
• Als Schaltelemente können vorzugsweise Halbleiterdioden, insbesondere solche mit vier aufeinanderfolgenden Zonen mit verschiedenem Leitfähigkeitstyp verwendet werden. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die erfindungsgemäße Anordnung zur Speisung einer Entladungsstrecke verwendet wird, die - ähnlich wie die'Schaltdioden - erst bei einer bestimmten Spannung zündet und dann leitend bleibt, bis der Strom einen Grenzwert unterschreitet. Zu dieser Kategorie von Verbrauchern zählen beispielsweise fluorebzierende Lampen. Einzelheiten der Erfindung und weitere Vorteile werden nachfolgend an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 2 zeigt die VI-Kennlinien, aus denen die negative Widerstandscharakteristik einer fluoreszierenden Lampe und der in der Erfin-. dung verwendeten Dioden erkennbar ist. Figur 3 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles mit selbstschaltenden Dioden.
• Figur 4 irt das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der Erfindung mit vorgespannten, selbstsclialtenden Dioden. Figur 5 zeigt das SchaJtbild eines Ausführungsbeizpieles der Erfindung, bei den die Last mit einer Drossel 26 in Serie geschaltet ist und ein Startschalter 27 vorgesehen ist. Figur 6 ist das Schaltbild eines Ausführungebeispieles der.Erfindung, bei dem ein Startschalter 28, eine Drossel in-Serie mit der Belastung, ein Strombegrenzungswiderstand 29 und Heizleiter 30 und 31 vorgesehen sind. Figur 1 zeigt einen Ladestromkreis 11, der eine Gleichspannungsquelle 12, eine Diode 13, eine Wicklung 14 eines Transformators.15.-einen Kondensator 16 und eine fluoreszierende Lampe 17 enthält. Die Gleichspannungsquelle 12 lädt den Kondensator 16 über den Stromkreis 11 auf, wobei die fluoreszierende Lampe einen Strom-erhält" der sie in Pfeilrichtung durchfließt. Der Ladevorgang ist nur möglich, wenn die Diode 13 leitend ist und die Diode 20 sperrt. Ferner ist ein Entladestromkreis 18 dargestellt, der den Kondensator 169 eine Wicklung 19 des TransformatoTs, 15, die Diode 20 und die fluoreszierende Lampe 17 enthält. Der Kondensator 16 entlädt sich in diesein Kreis 18, wobei die fluoreszierende Lampe 17 von einem Strom umgekehrter Richtung durchflossen wird, Zuvor muß aber die Diode 20 in den leitenden und die Diode 13 in den sperrenden Zustand gebracht werden. Wenn die beiden Dioden 13 und 20 abw&ch'selnd gezün-

  det'und gesperrt werden, wird die fluoreszierende IRA]*'j"£AA einem

  Wechselstrom durchflossen.
• Bei den Dioden 13 und 20 handelt es sich um Vierschichtdioden oder .um gesteuerte Halbleitergleichrichter, z.B. auf Silizium-Basis. Beide Bauelemente haben-unter bestimmten Betriebsbedingungen negativen Wid:erstand. Diese Dioden haben einen niederohmigen und einen hochohmigen Zustand..Andere bistabile Schalteinrichtungen können ebenfalls im ZusammenhanK mit der Erfindung verwendet werden. Jedoch sind Viersichtdioden und steuerbare Halbleitergleichrichter besonders günstig, da sie in dem leitenden Zustand praktisch keine Leistung aufnehmen und daher-auch kaum Verlustwärme entwickeln. Der stromführende Zustand dieser Dioden ist bestimmt durch die anliegende Spannung. Bei-niedrigen Spannungen haben sie einen hohen Widerstand. Bei hohen Spannungen schalten sie jedoch durch, wobei ihr Durchlaßwiderstand praktisch Null wird. Wenn die Diode 13 einen großen Widerstand aufWeist, i'st die Diode 20 stromführend und weist einen niedrigen Widerstand auf und umgekehrt. Die wesentlichste Eigenschaft der Anordnung b esteht darin, die Dioden zu geeingeten Zeitpunkten in den jeweils erf.orderlichen Schaltzustand zu bringen. Die fluoreszierende Lampe 17 bestimmt dabei den Schaltzeitpunkt. Um das zu veranschaulichen, wird zunächst angenommen, daß die Diode 13 einen niedrigen und die Diode 20 einen hohen Widerstand aufweist. Dann wird der Kondensator 16 über die fluoreszierende Lampe 17 und den Kreis 11 von der Gleichs,pannungsquelle 12 aufgeladen. Im Kern des Transformators 15 baut eich ein Magnetfeld auf, da der Ladestrom.Über die Wicklung 14 fließt. Beim Abbau dieses Magnetfeldes kehrt sich die Polarität der Spannungen

  an den bdiden Wicklungen um, sodaß jetzt der Kondenda%tdi:#je'#"m«it

  der Summe der*Spannungen der Quelle 12 und der Spannung-an der Wicklung 14 auf einen Wert aufgeladen wirdv der ein Mehrfaches der Qiiellenspannung betragen kann. Nach einer durch die Zeitkonstanten des Kreises bestimmten Zeit wird der Ladestrom den" Grenz" strom I - f der Lampe 17 (vgl. Figur 2) unterschreiten, sodaß diese ]Gampe in einen Zustand mit hohem Widerstand kippt. Dabei entsteht an der Wicklung 19 ein großer Spannungeimpuls, der zusammen mit der Spannung am Kondensator 16 in der Lage Ist,-die Diode 20 zu zünden. Sobald die Diode 20 gezündet ist, liegt die Spannung des Kondensators 16 an der Wicklung 19, d.h. die Poilarität der Spannungen an den Wicklungen 14 und 19 hat sich schlagartig umgekehrtw Die Spannung der Wicklung 14 addiert sich dann zu der Spannung des Kondensators 16. Die Summenspannung ist größer als die Spannung der Quelle-129 sodaß die Diode 13 In den Sperrzustand mit hohem Widerstand übergeht. Anschließend entlädt sich der Kondensator 19 über die Lampe 17, wobei im Transformator 15 zunächst ein Peld umgekehrter Richtung aufgebaut wird. Beim anschließenden Abbau des Feldes kehrt sich die Polarität der Spannungen an den Wicklungen wiederum um: Die Spannung an der Wicklung 19 addiert sich zu der durch die Entladung stets kleiner werdenden Spannung den Kondensators und die Spannung an der Wicklung 14 addiert sich zu der Spannung der,(2uelle 12. Nach einer durch die Zeitkonstanten des Entladekreises 18 bestimmten Zeit wird der Strom den flaitestromwert I f untersch'reitent sodaß die Lampe 17 wieder in den hochohmigen Zustand kippt.-Dabei entsteht an der Wicklung 14 eine zusätzliche, impulsartige Spannungserhöhung', die sich zu der Spannung , der t,#uelle 12 addiert und die zur Zündung der Diode 13 führt. Dadurch wird die Quelle 12 wieder mit der Wicklung 14 verbunden, was eine sprungertige Umkehr der Polarität der Spannung an der Wicklung 19 zur Folge hat. Durch diese Spannung wird die Diode 20 in den Sperrzustand gekippt. Die fluoreszierende Lampe 17 löst somit die Umschaltvorgänge aus, . da sie zwei Betriebszustände besitzt, die von der Spannung an der Lampe bzw. vom Strom abhängig sind. Die Dioden 13 und 20 haben ähnliche Arbeitszustände, die durch die Spannung an den Dioden bestimmt sind, Zur Veranschaulichung dienen die Kennlinien der lampe 17 und der Dioden 13 und 20, die in Figur 2 dargestellt sind. Der steile Anstieg beider Kurven bei sehr kleinen Strömen entspricht dem Zustand mit hohem Widerstand. Die relativ geringe Neigung bei hohen Strömen kennzei"hnet den Bereich mit niedrigem Widerstand. In Figur 2 bedeutet I f den Grenzstrom der fluoreszierenden Lampe 17, der größer als der entsprechende Grenzstrom I d der Dioden ir-t. Das hat zur Folge, daß die Lampe 17 zuerst zu löschen versucht und die Schaltvorgänge auslöst. Wenn die Dioden so# ausgewählt werden, daß sie bei höherem Strom als die fluoreszierende Lampe in den Sperrzustand kippem, dann bestimmen diesen den Arbeitsrhythmus der Anordnung und arbeiten selbstschaltend. Die jeweils stromführende Diode-geht in den Sperrzustand über und verursacht dadurch die Zündung der sperrend.en Diode. Wenn die Arbeitsweise der Anordnung symmetrisch sein sollg dann müssen die Dioden einander angepasst sein. Bei der im vorliegenden Fall beschriebenen Anwendung im Zu,-sammenhang mit fluore.szierenden Lampen kommt der-Anpassung der-Dioden keine besondere Bedeutung zu, da-die Lampe 17 beide Um-r---schaltvorgänge auslöst und die Arbeitsweise daher notwendig symmetrisch sein muß.
• In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das mit einer Last 21 zusammenarbeitet,'die keinen Bereich mit negativer Kennlinie aufweist, wie eine fluoreszierende Lampe. In diesem Stromkreis sind die Dioden oelbstsrhaltend und müssen einander angepasst werden. Figur 4 zeilyt ein Ausführungsbeispiel mit steuerbaren flalbleitergleichrichtern, vorzugsweise auf öilizium-Ba-,is. Mit den Spannungen an der: Klemmen 22 und 23 kann die Sperrung der Bauelemente 24 und 25 gesteuert werden. Die Symmetrie der Halbwellen kann durch diese Spannunren eingestellt werden. Die Vorspannung kann von Batterien oder von der Quelle 12 über_ ein Spannungsteilersystem geliefert werden. Fluoreszierende Lampen haben nach der Zündung einen äußerst niedrigen Widerstand und erfordern einen Strombegrenzungswiderstand, um einen Kurzschluß zu vermeider. In der Regel werden hierfür Blindwiderstände verwendet, weil diese keine Wirkleistung aufnehmen und abgesehen von Verlusten an den sehr kleinen ohmschen Widerständen keine Verlu--twärme-erzeu.,Fen. Die Impedanzen der Wicklungen 14 und 19 des Transformators können so besessen werden, daß sie zusätzlich die Funktion der Strombegrenzung übernehmen können. Die erforderliche Impedanz läßt si-ch jedoch.in der Regel nur mit einem Transformator erreichen, der nicht im Sättigungsgebiet arbeitet. Solche Transformatoren sind aber meist verhältnismäßig groß und teuer.-Dieser Aufwand kann herabgesetzt werden, wenn man, wie in Figur 5 gezeigt, eine Drossel 26 in Serie an dei fluoreszierenden Lampe 17 legt. Diese Drossel 26 liegt in beiden Stromkreisen und unterstützt die strombegrenzende Wirkung des Transformators 15. Die in der Drossel gespeicherte Energie und die an ihr abfallenden Spannungen begünstigen auch die Steuerfunktion des Transformators 15. Bei der Anordnung nach Figur 5 ist ferner ein Schalter 27 dargestellt, der zum Einschalten der Lampe 17 dient. Zunächst sind ja beide Dioden und die Lampe 17 in dein Zustand mit hohem Widerstand. Sobald jedoch der Schalter 27 geschlossen wird, fließt ein kleinerer Strom durch'den Kreis 11 (vgl. Figur 1). Dadurch entsteht an dem Transformator 15 ein Magnetfeld. Sobald der Strom durch Öffnen des Schalters unterbrochen wird, bricht das Magnetfeld zusammen. Dabei entsteht an der Wicklung 14 eine die Spannung der Quelle 12 unterstützende Spannung. Die Summe dieser beiden Spannungen reicht zur Zündung der Diode 13 bnd der fluoreszierenden Lampe 17 aus.-Die Gleichspannungsquelle 12 beginnt dann wieder mit der Ladung des Kondensators 16 in dem Stromkreis 11. Ein anderer Startetromkreis ist in Figur 6 gezeigt. Dort ist ein Schalter 28 mit zwei Kontaktpaaren vorgesehen , die in Reihe mit der Wicklung 14, der Drossel 269 Widerstand 29, den Heizleit.ern 30 und 31 und der Gleichspannungsquelle 12 liegen. Die Heizleiter 30 und 31 heizen die Elektroden der Lampe 17 auf, um die Zündspannung herabzusetzen. Durch diesen Stromkreis fließt ein größerer Strom als durch den StartBtromkreis nach Figur 5, da die fluoreszierende Lampe mit ihrem hohen Widerstand nicht mehr in diesem Stromkreis liegt. Der höhere Anlaßstrom hat auch ein größeres Magnetfeld im Transfo.rmator 15 und dementsprechend eine größere Zündspannung beim Unterbrechen des Stromes zur Folge. Der Widei#stand 29-dient lediglich zur Begrenzung des Anlaßstromes.

Claims (2)

1. F a t e n t a n s p r ü c h e Anordnung zur Speisung eines mit einen Serienresonanzkreis in Reihe liegenden Verbrauchers mit itrömen wechselnder Ri,#htung, bestehend aus zwei abwechseind stromführenden Schal telementen, von denen eines im Ladekreis zwischen einer Gleichspnnnungsquelle und der Reihenschaltung aus Serienrer-onanzkreis und Verbraucher und das andere in einem den Verb.aunher einschließenden Bntladekreis liegt, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltelemente (13, 20) verwendet werden, die von den sperrenden in den leitenden Zustand *übergehen, sobald die anliegende Spannung einen GrenZwert überschreitet und die wieder in den Sperrzustand zurückkippen, wenn der Strom einen nahe bei Null lieFenden Grenz#-.,ert unterschreitet und daß die Drossel (15) des Reihenresonanzkreises außer der im Ladekreis (11) liegenden ersten Wicklung (14# 'eine zweite Wicklung (19) trägt, die so in den Entladestromkreis (181) gelept ist, daß das darin liegende Schaltelement (20) unter dem Einfluß der bei Unterbrechung des Stromflusses in der ersten Wicklung an der zweiten Wicklung(19)auftretenden Spannung von dem sperrenden in den leitenden Zustand kippt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als*Schaltelemente Halbleiterdioden dienen. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbraucher eine Entladungsstrecke (17) vorgesehen ist, die erst bei einer bestimmten 3:)pannung zündet und dann leitend bleibt, bis der Strom-einen Grenzwert (I f ) unterschreitet. 4. Anordnung.nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der' Stromgrenz#-.,ert (I f ), bei dem die Entladungsstrecke in denhochohmigen Zustand kippt, größer als der entsprechende Grenzwert (I d ) der Dioden ist. 5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnetg daß der Stromgrenzwert (If ), bei dem die Entladungsstrecke (17) in den hochohmigen Zustand kippt, kleiner als der entsprechende Grenzwert (I d ) der Dioden ist. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dioden mit gleichen Grenzwerten verwendet werden. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Zündspannung durch, eine an eine Steuerstrecke der Dioden angelegte Spannung bestimmt ist. b. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbraucher fluoreszierende Lampen vorgesehen sind. g. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel des Reihenresonanzkreises so bemessen ist, daß sie zugleich den Laststrom auf einen zulässigen Wert begrenzt. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich-' net, daß die Drossel einen Kern-aus einem Material mit im wesentlichen rechteckförmiger Hystereseschleife besitzt und so'bemessen ist, daß der Kern in jeder Halbwelle in Sättigung geht. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu dem Verbraucher-und zu dem Kondensator des Reihenresonanzkreises eine zusätzliche Drossel gelegt ist.