DE1613650C

DE1613650C - Control unit for thyristors

Info

Publication number: DE1613650C
Authority: DE
Inventors: Hermann 5421 Weisel Schlosser
Original assignee: Elbag Elektro Schaltschrank u Ge ratebau GmbH, 5421 Weisel
Publication date: 1971-08-12

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät für z. B. präzise Maschinenbahnbewegungen vom Still-The invention relates to a control device for z. B. precise machine path movements from still

Thyristoren. stand bis zur Höchstgeschwindigkeit, BremsvorgängeThyristors. stood up to top speed, braking

Bekannte Steuergeräte sind schaltungstechnisch so od. dgl. mittels Thyristor-Steuerschaltungen beaufgebaut, daß ihre Tastimpulse entweder phasen- herrscht werden. Der präzise Impulseinsatz wird bei gleich oder in einem beschränkt veränderbaren Pha- 5 geringem Schaltungsaufwand mittels eines einstufisenwinkelbereich zur Thyristor-Betriebswechselspan- gen Sperrschwingers dadurch erzielt, daß die Basis nung den Steueranschluß eines Thyristors erreichen. eines npn-Transistors des Sperrschwingers über eine Ein ideelles Betriebsverhalten des Thyristors vor- besondere Triggerdiode von der negativen Halbausgesetzt ergibt sich bei einer phasengleichen Zün- welle der phasengleichen Thyristor-Betriebswechseidung der maximale Energiedurchlaß, während bei io spannung gesteuert ist. '. Known control devices are built up in terms of circuitry in such a way or the like by means of thyristor control circuits that their pulse pulses are either phase-dominated. The precise use of impulses is achieved with the same or a limited changeable phase with little circuit complexity by means of a one-step angle range to the thyristor operating alternating voltage blocking oscillator in that the base voltage reaches the control connection of a thyristor. An ideal operating behavior of the thyristor, especially a trigger diode from the negative half-exposed, results in an in-phase trigger wave of the in-phase thyristor operation change, the maximum energy transmission, while with io voltage is controlled. '.

einem variablen Ziindeinsatz in Abhängigkeit von Der Phasenwinkelbereich für die Zündimpulse ist der Phasenlage zur Thyristor-Betriebswechselspan- manuell mittels der Steuerwiderstände für jede HaIbnung ein verminderter Energiedurchlaß erzielt wird. welle getrennt einstellbar. Er ist aber auch mit der Um den Schaltungsaufwand gering zu halten, wird Steuergleichspannung automatisch für beide HaIbdie Betriebswechselspannung für die Steuergeräte 15 wellen gemeinsam einstellbar, wodurch Regel- und phasenstarr der Thyristor-Betriebswechselspannung Steueraufgaben sowohl für Wechsel- als auch Drehentnommen. Dies hat in Verbindung mit den physi- Stromsysteme lösbar sind.a variable ignition insert depending on The phase angle range for the ignition pulses is the phase position to the thyristor operating alternating voltage manually by means of the control resistors for each halving a reduced energy transmission is achieved. shaft can be adjusted separately. But he is also with the In order to keep the circuit complexity low, the DC control voltage is automatically applied to both halves AC operating voltage for the control devices 15 waves can be set together, thereby regulating and phase-locked from the thyristor operating AC voltage, control tasks for both AC and rotary voltages. This has to be solved in connection with the physi- electricity systems.

kaiischen Eigenschaften der verwendeten Transistor- Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, schaltungen zur Folge, daß der Zündimpuls nur daß unter Fortfall der Steuergleichspannungsquelle innerhalb eines beschränkten Phasenwinkelbereiches 20 ein Steuerpotentiometer vorgesehen ist, dessen eines von z. B. 5° bis 170° einstellbar ist, dessen Genauig- Ende mit dem Verbindungspunkt der positiven Pole keit zusätzlichen Schwankungen infolge Tempera- der Einweggleichrichterstufen und dessen anderes tür- oder Spannungsdriftvorgängen unterworfen ist. Ende mit dem Verbindungspunkt der beiden ersten Hierdurch sind die Grenzwerte für den Einsatz von Dioden verbunden ist und dessen Abgriff mit dem Thyristor-Steuerschaltungen vorgegeben, die vielen 25 Verbindungspunkt der beiden zweiten Dioden verAnforderungen nicht genügen. bunden ist.kaiischen properties of the transistor used - one embodiment of the invention is circuits result in that the ignition pulse only that with the omission of the control DC voltage source a control potentiometer is provided within a limited phase angle range 20, one of which from Z. B. 5 ° to 170 ° is adjustable, the exact end with the connection point of the positive poles Additional fluctuations due to the temperature of the half-wave rectifier stages and other things is subject to door or voltage drift processes. End with the junction of the first two This connects the limit values for the use of diodes and their tapping with the Thyristor control circuits specified, the many 25 connection points of the two second diodes ver requirements not enough. is bound.

Diese Nachteile werden mit einem Steuergerät für An Hand eines Ausführungsbeispiels sei die ErThyristoren beseitigt, das erfindungsgemäß dadurch findung näher beschrieben. Es zeigt gekennzeichnet ist, daß an einer Betriebswechsel- Fig. 1 ein Schaltbild eines Steuergerätes füi spannung ein Eingangstransformator liegt, der. zwei 30 Thyristoren,These disadvantages are alleviated with a control unit for the Er thyristors eliminated, the invention thereby described in more detail invention. It shows is characterized that at a change of operation Fig. 1 is a circuit diagram of a control unit for voltage is an input transformer that. two 30 thyristors,

Sekundärwicklungen aufweist, von denen jede jeweils F i g. 2 Phasenwinkelbeziehungen für das Steuer-Has secondary windings, each of which is F i g. 2 phase angle relationships for the control

über eine Einweggleichrichterstufe mit einem Ventil gerät nach Fig. 1.Device according to FIG. 1 via a half-wave rectifier stage with a valve.

einen Sperrschwinger mit einem Transistor speist, in F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines Steuergerätes für dessen Emitter-Zuleitung die Primärwicklung eines Thyristoren, dessen elektrisches Betriebsverhalten Impulstransformators eingeschaltet ist, dessen Se- 35 Phasenwinkelbeziehung zwischen einer Betriebswechkundärwicklung Zündimpulse für einen Thyristor selspannung 25 und einem Thyristor-Arbeitsbereich entnehmbar sind, und daß in der Kollektorzuleitung 28, 29 in den F i g. 2 a bis 2 e dargestellt ist. Aus jeweils die Primärwicklung eines Rückkopplungs- der Betriebswechselspannung 25 für die zu steuerntransformators eingeschaltet ist, dessen Sekundär- den Thyristoren wird phasenstarr über die Klemme wicklung einerseits mit der Basis des Transistors 40 -21 und 22 mittels eines Eingangstransformators I und andererseits über einen Kondensator mit dem die Betriebswechselspannung für das Thyristor-. negativen Pol der Einweggleichrichterstufe verbun- Steuergerät gewonnen. An der Sekundärwicklung la den ist, und daß ferner die positiven Pole der Ein- ist über eine Einweggleichrichterstufe, bestehend aus weggleichrichterstufen direkt miteinander und die einem Ventil 2 und einem Glättungskondensator 3 negativen Pole der Einweggleichrichterstufen über 45 die einstufige Sperrschwingerstufe mit dem Transierste Dioden miteinander verbunden sind, während _stor 8 angeschlossen, deren Arbeitsbereich der posidie Verbindungspunkte von Kondensator und Sekun- tiven Halbweile der Betriebswechselspannung 25 zudärwicklung des Rückkopplungstransformators je- geordnet ist. Gleichermaßen ist an der Sekundärweils über einen Steuerwiderstand und eine zweite wicklung Ib über eine Einweggleichrichterstufe, beDiode miteinander verbunden sind, und daß außer- 50 stehend aus dem Ventil 2 α und dem Glättungskondem zwischen dem Verbindungspunkt der beiden densator3a, die einstufige Sperrschwingerstufe mit zweiten Dioden und dem Verbindungspunkt der dem Transistor 8 a angeschlossen, deren Arbeitspositiven Pole der Einweggleichrichterstufen eine bereich der negativen Halbwelle der Betriebswechsel-Steuergleichspanniingsquelle eingeschaltet ist, und spannung· 25 entspricht. In der Kollektor-Zuleitung daß ferner außerdem der Verbindungspunkt von 55 des npn-Transistors 8 ist ein Rückkopplungstransfor-Koiidunsator und Sekundärwicklung des Riickkopp- mator 6 mit hohem Sättigungsgrad angeordnet, deslungstransformators jeweils über eine Triggerdiode _Sen Primärwicklung mit einer Gegenfeldlöschdiode 7 und einen weiteren Widerstand mit dem Verbin- versehen und dessen Sekundärwicklung dem Basisdungspunkt von zugehöriger Sekundärwicklung des kreis zugeordnet ist. In der Emitter-Zuleitung ist ein Eingangstransformators und Anode des Ventils der 60 niit hohem Sättigungsgrad versehener Impulstransfor-F.inweggleichrichterstufe derart verbunden ist, daß mator 9 angeordnet, dessen Primärwicklung mit einer der Sperrschwinger durch die negative Halbwelie dei Gegenfeldlöschdiode 10 geshuntet ist. Die Basisspan-Betriebswechsel.'ipannung getastet ist. nung resultiert als Summcnkoniponentü aus der Lade- _ Mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät für Thy- spannung des Kondensator 13, der über den Steuerristoren sind Zündimpulse innerhalb eines Phasen- 65 widerstand 14 und das Steuerpotentiometer 17 in winkelbereichs von 0° bis über 180° hinaus mit Reihenschaltung mit einer zweiten Diode 15 zugegrößter Genauigkeit und zeitlicher Stabilität manu- führten positiven Steuerspannung, sowie der erfinell oder automatisch einstellbar. Hierdurch können dungsgcniäß über die Triggerdiode 4 und den infeeds a blocking oscillator with a transistor, in FIG. 1 shows the circuit diagram of a control device for the emitter lead, the primary winding of a thyristor, the electrical performance of which pulse transformer is switched on, whose phase angle relationship between an operating alternating winding ignition pulses for a thyristor selvoltage 25 and a thyristor working area can be seen, and that in the collector lead 28, 29 in FIGS. 2 a to 2 e is shown. From each of the primary winding of a feedback the operating AC voltage 25 for the transformer to be controlled is switched on, the secondary of which the thyristors is phase-locked via the terminal winding on the one hand with the base of the transistor 40 -21 and 22 by means of an input transformer I and on the other hand via a capacitor with the the operating AC voltage for the thyristor. negative pole of half-wave rectifier stage connected. Control unit won. The secondary winding is charged, and that the positive pole of the input is connected via a half-wave rectifier stage, consisting of rectifier stages directly to one another, and the negative poles of the one-way rectifier stages of a valve 2 and a smoothing capacitor 3 are connected to one another via the single-stage blocking oscillator stage with the transient diodes are as _s gate connected to 8, the operating range of the posidie connection points of the capacitor and secondary tive half while the AC operating voltage of the feedback transformer 25 zudärwicklung is ordered JE. Equally, at the secondary circuit, a control resistor and a second winding Ib are connected to one another via a half-wave rectifier stage, and that apart from the valve 2 α and the smoothing capacitor between the connection point of the two capacitors 3a, the single-stage blocking oscillator stage with second diodes and connected to the connection point of the transistor 8 a , whose working positive poles of the half-wave rectifier stages is switched on a range of the negative half-wave of the operating change control DC voltage source, and corresponds to voltage · 25. In the collector lead that furthermore also the connection point 55 of the NPN transistor 8 is a Rückkopplungstransfor-Koiidunsator and secondary winding of the Riickkopp- mator 6 are arranged with a high degree of saturation, deslungstransformators each s via a trigger diode _S primary winding with a counter-field cancellation diode 7 and a further resistor provided with the connection and whose secondary winding is assigned to the base earthing point of the associated secondary winding of the circuit. In the emitter lead, an input transformer and anode of the valve of the 60 high saturation pulse transformer in-way rectifier stage are connected in such a way that mator 9 is arranged, the primary winding of which is shunted with one of the blocking oscillators by the negative half-wave of the opposing field suppression diode 10. The basic chip operating change. Voltage is keyed. tion results as Summcnkoniponentü from the charging _ With the control device according to the invention for Thy voltage of the capacitor 13, the control transistors are ignition pulses within a phase resistance 14 and the control potentiometer 17 in an angular range from 0 ° to more than 180 ° with series connection with a second diode 15 increased accuracy and temporal stability manually positive control voltage, as well as the inventively or automatically adjustable. As a result, the trigger diode 4 and the in

Reihe geschalteten weiteren Widerstand 5 wirksamen negativen Triggerspannung. Die zweiten Dioden 15. 15« und die ersten Dioden 16, und 16 a bewirken eine polsynchrone Stromrichtung für die Sperrschwingerstufen bei gegenphasiger Halbwelle der Betriebswechselspannung 25. Während einer negativen Halbwelle der Betriebswechselspannung 25 wird die Basisspannung des Transistors 8 durch die Triggerdiode 4 stark negativ gesteuert; so daß der Transistor 8 gesperrt ist und der Kondensator 13 negativ aufgeladen wird. Durchläuft in zeitlicher Folge die Betriebswechselspannung 25 den Phasenwinkel 0° und bildet sich zur positiven Halbwelle aus, so sperrt die Triggerdiode 4, und damit entfällt abrupt die negative Triggerspannung an der Basis. Gegenüber der basiswirksamen negativen Ladespannung des Kondensators 13 wird nunmehr die über das Steuerpotentiometer 17, die zweite Diode 15 und den Steuerwiderstand 14 anstehende positive Steuerspan- ■ nung wirksam, so daß die Basisspannung nunmehr Summenkomponente dieser beiden gegenpoligen Gleichspannungen ist. Durch die positive Steuerspannung wird die negative Ladespannung des Kondensators 13 abgebaut, so daß schließlich die positive Steuerspannung basiswirksam wird und damit die Sperrung für die npn-Halbleiterstrecke des Transistors 8 aufgehoben ist. Hierdurch wird der Sperrschwinger in bekannter Betriebsweise impulswirksam. Die erzeugten Tastimpulse, deren Amplitudenhöhe, Impulsbreite und Flankensteilheit durch die Auswahl der Schaltungselemente bestimmbar ist. sind über den Impulstransformator 9 auskoppelbar und stehen, über eine Anpassungsschaltung, bestehend aus den Festwiderständen 11 und 12 an den Klemmen 23 und 24 für den Anschluß des zu steuernden Thyristors bereit. Durchläuft in zeitlicher Folge die Betriebswechselspannung 25 den Phasenwinkel 180° und bildet sich zur negativen Halbwelle aus, so wird die Triggerdiode 4 durchlässig und damit die Summenkomponente der wirksamen Basisspannung negativ. Dies hat zur Folge, daß die npn-Halbleiterstrecke des Transistors 8 gesperrt wird, somit der Impulsbetrieb des Sperrschwingers beendet ist. Die erfindungsgemäß mit negativer Halbwelle getriggerte Summenkomponente der wirksamen Basisspdnnung bestimmt den Start- und Endzeitpunkt für den Impulsbetrieb des Sperrschwingers, dessen Phasenwinkelbereich 26 in bezug auf die Betriebswechselspannung 25 mittels des Steuerwiderstandes 14 durch die Größe der positiven Steuerspannung wählbar ist.Series connected further resistor 5 effective negative trigger voltage. The second diodes 15. 15 ″ and the first diodes 16 and 16 a cause a pole-synchronous current direction for the blocking oscillator stages with an anti-phase half-wave of the operating AC voltage 25. During a negative Half-wave of operating AC voltage 25 becomes the base voltage of transistor 8 through the trigger diode 4 strongly negatively controlled; so that the transistor 8 is blocked and the capacitor 13 is negative being charged. If the operating alternating voltage 25 runs through the phase angle 0 ° in chronological order and develops into a positive half-wave, the trigger diode 4 blocks, and the negative trigger voltage at the base. Compared to the base effective negative charging voltage of the Capacitor 13 is now via the control potentiometer 17, the second diode 15 and the Control resistor 14 pending positive control voltage ■ effective, so that the base voltage is now Is the sum component of these two opposite polarity DC voltages. Due to the positive control voltage the negative charge voltage of the capacitor 13 is reduced, so that finally the positive The control voltage has a base effect and thus the blocking for the npn semiconductor path of the transistor 8 is repealed. As a result, the blocking oscillator becomes pulse-effective in the known mode of operation. The generated probe pulses, their amplitude height, pulse width and edge steepness through the Selection of the circuit elements can be determined. can be decoupled via the pulse transformer 9 and stand, via a matching circuit, consisting of the fixed resistors 11 and 12 to the Terminals 23 and 24 ready for the connection of the thyristor to be controlled. Runs through in time The operating AC voltage 25 follows the phase angle 180 ° and forms the negative half-wave off, the trigger diode 4 becomes permeable and thus the sum component of the effective base voltage negative. This has the consequence that the npn semiconductor path of the transistor 8 is blocked, thus the impulse operation of the blocking oscillator is ended. According to the invention with a negative half-wave The triggered sum component of the effective basic tension determines the start and end time for the pulsed operation of the blocking oscillator whose phase angle range 26 with respect to the AC operating voltage 25 by means of the control resistor 14 by the size of the positive control voltage is selectable.

Der Sperrschwinger mit dem Transistor 8a ist mit seiner Impulsbetriebszeit der negativen Halbwelle der Betriebswechselspannung 25 zugeordnet, daher phasenumgekehrt aufgebaut, in seinem Betriebsverhalten jedoch den vorstehenden Ausführungen entsprechend. The blocking oscillator with the transistor 8a is the negative half-wave with its pulse operating time associated with the AC operating voltage 25, therefore built up in reverse phase, in its operating behavior however, according to the above statements.

Der mögliche Phasenwinkelbereich 26, 27 der beiden Sperrschwingerstufen 8 und 8a ist mit den Steuerwiderständen 14,14a und mit einem Steuerpotentiometer 17 von 0° bis über 180° bzw. von 180° bis über 360° hinaus einstellbar.The possible phase angle range 26, 27 of the two blocking oscillator stages 8 and 8a can be set with the control resistors 14, 14a and with a control potentiometer 17 from 0 ° to over 180 ° or from 180 ° to over 360 °.

Die Arbeitsweise des Steuergerätes ist in Fig. 2d und 2e für einen Zündzeitpunkt beim Phasenwinkel von 90° dargestellt. Innerhalb der für das Steuergerät und die Thyristoren phasenstarr wirksamen Betriebswechselspannung 25 wird die Sperrschwingerstufe 8 impulswirksam in dem Phasenwinkelbereich von 90° bis 180° und die Sperrschwingerstufe 8a impulswirksam in dem Phasenwinkelbereich von 270° bis 360°. Hierdurch werden die zu steuernden Thyristoren zwangläufig bei einem Phasenwinkel von 90° bzw. 270° gezündet und durch den Amplitudengang der Betriebswechselspannung 25 bei einem Phasenwinkel von 180° bzw. 360° gelöscht. Von den beiden zu steuernden Thyristoren werden daher die Energieanteile 28 und 29 den nachgeschalteten Verbrauchern zugeführt.The operation of the control unit is shown in Fig. 2d and 2e for an ignition point at a phase angle of 90 °. Within the for the control unit and the thyristors phase-locked effective operating AC voltage 25 becomes the blocking oscillator stage 8 pulse-effective in the phase angle range from 90 ° to 180 ° and the blocking oscillator stage 8a pulse-effective in the phase angle range from 270 ° to 360 °. This will make the to be controlled Thyristors inevitably triggered at a phase angle of 90 ° or 270 ° and through the amplitude response the operating AC voltage 25 deleted at a phase angle of 180 ° or 360 °. Of the The two thyristors to be controlled are therefore the energy components 28 and 29 of the downstream consumers fed.

Für automatische Steuereinrichtungen kann der Phasenwinkelbereich 26, 27 und damit der wirksame Energieinhalt 28 und 29 auch durch eine über die Klemmen 18,19 zugeführte Steuerspannung eingestellt werden.For automatic control devices, the phase angle range 26, 27 and thus the effective Energy content 28 and 29 is also set by a control voltage supplied via terminals 18, 19 will.

Claims

Patent claims:

1. Control device for thyristors, characterized in that an input transformer (1) is connected to an AC operating voltage (25) and has two secondary windings (la, 16), each of which has a one-way rectifier stage with a valve (2; 2a) Blocking oscillator with a transistor (8; 8 a) feeds in whose emitter lead the primary winding of a pulse transformer (9; 9 a) is switched on, the secondary winding of which firing pulses for a thyristor can be taken, and that in the collector lead in each case the primary winding of a feedback transformer ( 6; 6 a) is switched on, the secondary winding of which is connected on the one hand to the base of the transistor (8; 8 a) and on the other hand via a capacitor (13; 13a) to the negative pole of the half-wave rectifier stage, and that furthermore the positive poles of the half-wave rectifier stages are directly connected with one another and the negative poles of the half-wave rectifier stages are connected to one another via first diodes (16, 16a) nd, while the connection points of capacitor (13; 13 a) and the secondary winding of the feedback transformer (6; 6 a) are each connected to one another via a control resistor ( 14; 14a) and a second diode (15; 15 a), and that between the connection point (19) of the two second diodes ( 15, 15 a) and the connection point (18) of the positive poles of the half-wave rectifier stages, a control DC voltage source is switched on and furthermore the connection point of the capacitor (13; 13a) and the secondary winding of the feedback transformer (6; 6a) each via a trigger diode (4; 4a) ) and a further resistor (5; 5a) with the connection point of the associated secondary winding (la; Ib) of the input transformer (I) and the anode of the valve (2; 2a) of the half-wave rectifier stage is connected in such a way that the blocking oscillator is caused by the negative half-wave of the AC operating voltage (25) is keyed.

2. Control device according to claim 1, characterized in that the DC control voltage source is omitted a control potentiometer (17) is provided, one end of which is connected to the connection point (18) the positive poles of the in-

path level judge levels and its other end is connected to the connection point (20) of the first two diodes (16, 16a) and its tap is connected to the connection point (19) of the two second diodes (15, 15 a).

1 sheet of drawings