DE1613668B2 - Schaltungsanordnung zur steuerung des von einer wechselstromquelle zu einer induktiven last fliessenden stromes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des von einer Wechselstromquelle zu einer induktiven Last fließenden Stromes, mit einem der induktiven Last vorgeschalteten Thyristor und einer mit der Wechselstromquelle verbundenen und an den Zündelektrodenkreis des Thyristors über einen Impulstransformator angekoppelten Zündeinrichtung, die für jeden Zündvorgang eine Gruppe von Zündimpulsen mit vorgegebenem Phasenwinkel zur Spannung der Wechselstromquelle erzeugt und einen Kipposzillator mit einem ersten Ladewiderstand, einem Kondensator und einem spannungsgesteuerten negativen Widerstand enthält, wobei der Kondensator jeweils über den ersten Ladewiderstand aufgeladen und bei Überschreiten eines bestimmten Spannungsschwellwertes über den negativen Widerstand und die Primärwicklung des Impulstransformators entladen wird.

Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt (»Controlled Rectifier Manual«, General Electric Company, 1. Ausgabe, 1960, Seite 97 bis 100, insbesondere F i g. 7.14). Bei dem Kipposzillator dieser bekannten Schaltungsanordnung hängt der Phasenwinkel der Gruppe von Zündimpulsen von der Amplitude einer mit der Spannung der Wechselstromquelle phasengleichen Steuerwechselspannung ab, die mittels eines Transformators einer Gleichspannung überlagert ist. Die resultierende Spannung steuert einen in einem Parallelzweig zu dem Kondensator liegenden Transistor, der mit dem (einzigen) Ladewiderstand einen Spannungsteiler bildet. Der Abstand zwischen den Zündimpulsen einer Gruppe hängt im wesentlichen von der Zeitkonstante des Kondensators und des Ladewiderstandes sowie des Parallelzweiges ab. Durch die Verwendung einer Steuerwechselspannung zur Zündwinkelsteuerung ergibt sich ein relativ großer schaltungstechnischer und Bauteileaufwand.

Es ist ferner eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bekannt (GB-PS 9 97 214), bei der statt eines Kipposzillators mit einem spannungsgesteuerten negativen Widerstand ein Sperrschwinger-Oszillator vorgesehen ist, der aus einem Kondensator, der Primärspule des Impulstransformators, einem Widerstand und einem in diesem Oszillatorkreis befindlichen Transistor besteht und dessen Schwingen von einer Zündwinkel-Steuereinrichtung jeweils zum gewünschten Zündzeitpunkt freigegeben wird.

Durch die Trennung zwischen Zündwinkelsteuerung und Zündimpulserzeugung ist auch hier ein relativ großer schaltungstechnischer und Bauteileaufwand bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer

Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art den schaltungsmäßigen und den Bauteileaufwand zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Schaltungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zum ersten Ladewiderstand eine Reihenschaltung aus einem zweiten, gegenüber dem ersten Ladewiderstand niederohmigeren Ladewiderstand und aus einem triggerbaren Schalter liegt, der von dem Entladekreis des Kondensators so gesteuert ist, daß er bei Entladung des Kondensators in den leitenden Zustand gebracht wird, derart, daß der Kondensator über den zweiten Ladewiderstand wiederholt aufgeladen und nach jeder Aufladung in gleicher Weise wie nach der ersten, über den ersten Ladewiderstand erfolgten Aufladung entladen wird und durch die aufeinanderfolgenden Entladezyklen die Gruppe der Zündimpulse liefert, wobei von der Zeitkonstanten des ersten Ladewiderstands und des Kondensators der Phasenwinkel der Gruppe von Zündimpulsen und von der Zeitkonstante des zweiten Ladewiderstandes und des Kondensators der Abstand zwischen den Zündimpulsen einer Gruppe abhängt.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß die Schaltung einfacher und mit weniger Bauteilen aufgebaut ist. Es ist weder ein zusätzlicher Transformator noch eine von der Zündimpulserzeugungseinrichtung gesonderte Zündwinkelsteuereinrichtung erforderlich. Vielmehr sind beide Funktionen in einer einzigen relativ einfachen Einrichtung vereinigt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in Kennzeichen der Unteransprüche angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Durch die Zeitschrift »Electronics«, 21. September 1964, Seite 83, ist es bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, wobei allerdings die Last ohmisch ist und anstelle einer Gruppe von Zündimpulsen jeweils nur ein einziger Zündimpuls erzeugt wird, an sich bekannt, daß entsprechend Merkmalen der Unteransprüche der spannungsgesteuerte negative Widerstand ein Unijunction-Tranistor ist und der Kondensator in dem Emitterkreis dieses Transistors liegt und zur Steuerung des Phasenwinkels der Zündimpulse ein weiterer Ladekreis derart vorgesehen ist, daß der Kondensator zu Beginn jeder über den ersten Ladewiderstand erfolgenden Ladung eine Anfangsladespannung erhält, die einer Steuergleichspannung entspricht.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig.2 die Spannungswellen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 1.

Die Schaltung nach F i g. 1 dient der Steuerung des Stroms, der von einer mehrphasigen Wechselstromquelle aus (nicht dargestellt) abgegeben und über Eingangsklemmen 1, Γ und 1" und Thyristoren 2, 2', 2" einer induktiven Last 3 zugeführt wird. Als Last 3 ist bei dieser Ausführungsform ein Dreiphasenmotor gewählt. Den Thyristoren 2, 2', 2" ist je eine Diode 4, 4' und 4" entgegengeschaltet, über die ein Rückstromweg von der Last gebildet ist. Zwischen den Stromzuleitungen liegen ÄC-Filter 5, 5' und 5", um die auf die verschiedenen Thyristoren wirkenden induktiven Ausgleichsströme zu verringern und eine Haltestromquelle für diese Thyristoren zu bilden.

Jedem Thyristor 2, 2', 2" ist eine entsprechende Zündeinrichtung 6, 6', und 6" zugeordnet, von der der Thyristor unter einem gewissen Phasenwinkel α bezüglich der dem Thyristor zugeführten Spannung gezündet wird.

Die Zündeinrichtung 6 enthält einen spannungsgesteuerten negativen Widerstand 7, z. B. einen Unijunction-Transistor, der einen Kondensator 8 immer dann entlädt, wenn die Spannung am Emitter das mit der Zwischenbasisspannung multiplizierte stand-off-Spannungsverhältnis erreicht. Der Kondensator 8 wird über den negativen Widerstand 7 der Zündeinrichtung und den Zündelektrodenkreis des Thyristors 2 entladen. Bei der beschriebenen Ausführungsform findet die Entladung über die Primärwicklung 9p eines Impulstransformators 9 statt, an die eine Diode 10 angeschlossen ist, die die in der Primärwicklung am Ende eines Entladezyklus induzierten Spannungen unterdrückt. Die Spannung in der Primärwicklung 9p wird über eine Sekundärwicklung 9s an die Zündelektrode des Thyristors 2 gelegt und über eine Diode 11 zur Einschaltung des Thyristors 2 benutzt.

In der Zündeinrichtung 6 wird zweckmäßigerweise an einem Potentiometer 12 die Spannung zwischen der zweiten Basis und der ersten Basis des Unijunction-Transistors 7 eingestellt. Von der Zündeinrichtung wird für jeden Zündvorgang eine Gruppe von Zündimpulsen mit vorgegebenem Phasenwinkel zur Spannung der Stromquelle erzeugt. Die Zündeinrichtung 6 ist mit einer neutralen Sammelleitung 14 verbunden und wird über eine Leitung 15 mit einer halbwellengleichgerichteten, geregelten Spannung versorgt. Der Kondensator 8 wird über einen ersten verstellbaren Ladewiderstand 16 und einen Widerstand 17 aufgeladen. Ein Ladewiderstand 18 und ein triggerbarer Schalter 19, der bevorzugt als Thyristor ausgebildet ist oder aus einer anderen Art eines Auslöseschalters gebildet wird, überbrücken den ersten Ladewiderstand 16 jedesmal dann, wenn der Stromfluß durch eine Diode 20 den triggerbaren Schalter 19 einschaltet.

Der Zündwinkel α der Thyristoren 2, 2' und 2" wird von einem Ladekreis gesteuert, der im folgenden erläutert sei. An einem Verbindungspunkt 21 wird mit Hilfe eines Widerstands 22, von Dioden 23 und 24, eines Widerstandes 25 und eines Transistors 26 eine Anfangsladespannung aufrechterhalten. Die Diode 24 bringt einerseits Spannungsänderungen an den Verbindungspunkt 21 heran und isoliert andererseits die Zündeinrichtung 6 gegen die Zündeinrichtungen 6' und 6". Ein Kondensator 27 filtert die an einem Verbindungspunkt 28 beibehaltene Spannung. Der Betriebszustand des Transistors 26 kann mit Hilfe einer Spannung beeinflußt werden, die von einer äußeren Spannungsquelle über Klemmen;30 zugeführt wird; die Wirkung der Steuerspannung wird zweckmäßigerweise an einem Rheostaten 29 eingestellt. Wenn beispielsweise die Motordrehzahl gerade reguliert wird, kann eine sich mit der Drehzahl ändernde Spannung an den Klemmen 30 angelegt werden. Andererseits kann ein veränderlicher Steuerstrom, eine Impedanz oder ein anderes Hilfsmittel, das einen abgetasteten Zustand wiedergibt, an den Klemmen 30 angeschlossen werden. Die Kollektorspannung des Transistors 26 wird an einem Verbindungspunkt 31 mit Hilfe einer Zenerdiode 32 und eines Filterkondensators 33 aufrechterhalten, der zwischen dem Punkt 31 und der Sammelleitung 14 liegt.

Die Zündeinrichtungen erhalten ihren Strom aus der dreiphasigen Stromquelle über mehrere Kopplungs-

widerstände, die die Spannung gegenüber der Spannung an den Klemmen 1,1' und 1" und der neutralen Leitung 14 reduzieren. Der Strom kommt also von der Klemme 1 und fließt durch einen Widerstand 34 und eine Diode 35 zur Leitung 15 und durch eine Entkopplungsdiode 36 zum Punkt 31. Wegen der Diode 36 beziehungsweise der entsprechenden Dioden 36' und 36" kann die halbwellengleichgerichtete, regulierte Spannung an den Leitungen 15,15' und 15" unter Benutzung der einzigen Zenerdiode 32 beibehalten werden. Die Dioden 36, 36' und 36" verhindern, daß höhere Spannungen aus den anderen Leitungen die Spannungen in den betreffenden Leitungen nachteilig beeinflussen. Zwischen den Klemmen 1, 1' und 1" und der neutralen Sammelleitung 14 sind Widerstände 37,37' und 37" angeschlossen.

Hinsichtlich der Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 1 sei auf die F i g. 2a bis 2d hingewiesen. In F i g. 2a sind die Spannungen der drei Phasen an den Klemmen 1, Γ und 1" dargestellt. Die Zündimpulse, die von der Zündeinrichtung 6, 6' bzw. 6" für die Phasen erzeugt werden, sind in den F i g. 2b, 2c und 2d dargestellt.

Um den Thyristor 2 einzuschalten, wird die Spannung der Klemme 1 über den Widerstand 34 und die Diode 35 zur Leitung 15 geleitet, wenn sie positiv bezüglich der neutralen Sammelleitung 14 ist.

Der Transistor 26 hält die gleichgerichtete Spannung am Verbindungspunkt 28, unter der Steuerung der Spannung an den Klemmen 30, auf einer Größe, die von seinem Betriebszustand abhängig ist. Zu Beginn einer positiven Halbwelle der Spannung an der Klemme 1 lädt sich der Kondensator 8 schnell über den Widerstand 22 bis auf eine Anfangsladespannung auf, die mit der Gleichspannung am Punkt 28 übereinstimmt. Eine weitere Aufladung über den Widerstand 22 wird unter der Klemmwirkung der Diode 24 vermieden.

Gleichzeitig wird ein zusätzlicher Ladestrom über den ersten Ladewiderstand 16 mit der ziemlich hohen Impedanz herangeführt, um den Kondensator 8 über den Widerstand 17 weiter aufzuladen. Dementsprechend ist die Spannung am Widerstand 17 positiv und hat dieselbe Polung wie der Emitter des Unijunction-Transistors 7 bezüglich des Kondensators 8. Hierdurch wird die Anode der Diode 20 negativ vorgespannt, so daß die Diode 20 den Stromfluß aus dem Zündelektrodenkreis des triggerbaren Schalters 19 blockiert. Wenn die Spannung am Emitter die Spitzenspannung des Unijunction-Transistors 7 nach einer Zeitspanne erreicht, die in Fig.2b als Einschaltwinkel « angegeben ist, wird der Kondensator 8 vom Unijunction-Transistor 7 über die Primärwicklung 9_P entladen. Der erste Impuls aus der Gruppe von Zündimpulsen, die in Fig.2b das Zündsignal für Phase 1 darstellt, wird durch den Impulstransformator 9 auf die Sekundärwicklung 9s gekoppelt und durch die Diode 11 der Zündelektrode und der Kathode des Thyristors 2 zugeführt. Dieser Impuls sucht den Thyristor 2 einzuschalten und den Strom von der Klemme 1 durch die Kathode und Anode des Thyristors 2 hindurchzuleiten, vorausgesetzt, daß seine Anode positiv zu seiner Kathode ist Da die Belastung 3 induktiv ist und eine Phasenverschiebung zwischen der zugeführten Spannung und dem Strom verursachen kann, kann die Anodenspannung des Thyristors 2 noch nicht positiv sein, so daß dieser nicht bei diesem ersten Impuls eingeschaltet wird.

Um sicherzustellen, daß der Thyristor 2, wenn erwünscht, eingeschaltet wird, wird von der Zündeinrichtung 6 ein Impulszug erzeugt. Wenn der Kondensator 8 vom Unijunction-Transistor 7 entladen wird, kehrt sich die Polung der Spannung am Widerstand 17 um, so daß die Diode 20 nun in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Der Strom fließt durch diese Diode und die Zündelektrode und Kathode des triggerbaren Schalters 19, um diesen während der Erzeugung des ersten Zündimpulses einzuschalten. Der triggerbare Schalter 19 überbrückt plötzlich über den Widerstand 18 den ersten, relativ großen Ladewiderstand 16, wodurch die Zeitkonstante dieses Ladungsweges merkbar verringert wird. Infolgedessen fließt ein größerer Strom durch den Widerstand 17, um den Kondensator 8 schneller auf die Spitzenspannung des Unijunction-Transistors 7 zu bringen. Die Schaltung verhält sich dann als Kipposzillator; dieser zweite Impuls und die nachfolgenden Impulse der phasengesteuerten Gruppe von Zündimpulsen werden in Zeitspannen erzeugt, die sehr kurz und nahezu gleich sind. Hierdurch ergibt sich eine schnelle Folge von Zündimpulsen, so daß der Thyristor 2 in oder kurz nach dem Zeitpunkt ausgelöst wird, in dem seine Anode positiv hinsichtlich der Kathode wird. Die Impulsfolge dient auch dazu, den Thyristor leitend zu halten, bis der induktive Belastungsstrom sein Halteniveau erreicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung des von einer Wechselstromquelle zu einer induktiven Last fließenden Stromes, mit einem der induktiven Last vorgeschalteten Thyristor und einer mit der Wechselstromquelle verbundenen und an den Zündelektrodenkreis des Thyristors über einen Impulstransformator angekoppelten Zündeinrichtung, die für jeden Zündvorgang eine Gruppe von Zündimpulsen mit vorgegebenem Phasenwinkel zur Spannung der Wechselstromquelle erzeugt und einen Kipposzillator mit einem ersten Ladewiderstand, einem Kondensator und einem spannungsgesteuerten negativen Widerstand enthält, wobei der Kondensator jeweils über den ersten Ladewiderstand aufgeladen und bei Überschreiten eines bestimmten Spannungsschwellwertes über den negativen Widerstand und die Primärwicklung des Impulstransformators entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum ersten Ladewiderstand (16) eine Reihenschaltung aus einem zweiten, gegenüber dem ersten Ladewiderstand (16) niederohmigeren Ladewiderstand (18) und aus einem triggerbaren Schalter (19) liegt, der von dem Entladekreis des Kondensators (8) so gesteuert ist, daß er bei Entladung des Kondensators (8) in den leitenden Zustand gebracht wird, derart, daß der Kondensator (8) über den zweiten Ladewiderstand (18) wiederholt aufgeladen und nach jeder Aufladung in gleicher Weise wie nach der ersten, über den ersten Ladewiderstand (16) erfolgten Aufladung entladen wird und durch die aufeinanderfolgenden Entladezyklen die Gruppe der Zündimpulse liefert, wobei von der Zeitkonstanten des ersten Ladewiderstands (16) und des Kondensators (8) der Phasenwinkel der Gruppe von Zündimpulsen und von der Zeitkonstante des zweiten Ladewiderstandes (18) und des Kondensators (8) der Abstand zwischen den Zündimpulsen einer Gruppe abhängt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte negative Widerstand (7) ein Unijunction-Transistor ist und der Kondensator (8) in dem Emitterkreis des Unijunction-Transistors liegt, daß der triggerbare Schalter (19) ein Thyristor ist, dessen Anode am Emitteranschluß des Unijunction-Transistors (7) liegt, daß zwischen dem Kondensator (8) und dem Emitteranschluß des Unijunction-Transistors (7) ein dritter Widerstand (17) vorgesehen ist und daß die Steuerelektrode des Thyristors (19) an der Verbindung zwischen dem Kondensator (8) und dem dritten Widerstand (17) liegt, derart, daß bei Entladung des Kondensators (8) die an dem dritten Widerstand (17) abfallende Spannung den Thyristor (19) zündet.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Phasenwinkels der Gruppen von Zündimpulsen ein dritter Ladekreis derart vorgesehen ist, daß der Kondensator (8) zu Beginn jeder über den ersten Ladewiderstand (16) erfolgenden Ladung eine Anfangsiadespannung erhält, die einer Steuergleichspannung entspricht.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (6) von der Wechselstromquelle (1) über eine Diode (35) gespeist ist, wobei zur Erzeugung einer abgeschnittenen Halbwellenspan-

nung eine Zenerdiode (32) parallel zum Speiseeingang der Zündeinrichtung (6) liegt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder Anspruch 3 und 4 zur Verwendung bei einer mehrphasigen Wechselstromquelle, wobei jede Phase einen der induktiven Last vorgeschalteten Thyristor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Phase (1, Γ, 1") eine eigene Zündeinrichtung (6, 6', 6") zugeordnet ist und daß alle Zündeinrichtungen (6, 6', 6") über ihre dritten Ladekreise von einer gemeinsamen Steuergleichspannung beeinflußt werden, die den Zündwinkel aller Thyristoren (2, 2', 2") gleichermaßen steuert.