DE1613700A1

DE1613700A1 - Mit einem gesteuerten Stromrichter arbeitender Schalter fuer pulsierenden Gleichstrom

Info

Publication number: DE1613700A1
Application number: DE19671613700
Authority: DE
Inventors: Paul Weber
Original assignee: Fritz Hellige und Co GmbH
Current assignee: Fritz Hellige und Co GmbH
Priority date: 1967-02-21
Filing date: 1967-02-21
Publication date: 1970-05-14
Also published as: US3553535A

Description

Frit»* Hellige & Co. ,G,m.b.H. Freiburg i.Br. ,den Ö.Februar I967

Fabrik wissenschaftlicher Apparate HJC/ass P ±55

Freiburg i»Br.
Heinrich von Stephan-Str.4 ·

Patent a rune !dung

Mit einem gesteuerten Stromrichter arbeitender Schalter für pulsierenden Gleichstrom.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein mit einem gesteuerten Stromrichter, also entweder mit einem Thyratron öder mit einem Halbleiter-Strömrichter, einem sogenannten Thyristor, ar* beitender Schalter für pulsierenden Gleichstrom. Thyratrons, das sind mit Gas oder Quecksilberdampf gefüllte Trioden, und Thyristor■.. ren eignen sich bekanntlich als kontaktlose Schalter für in ihrer' Durchlassrichtung fliessende elektrische Ströme« Ihre besondere! Eigenart beruht darauf, dass sie erst nach Anlegen eines bestimmten positiven Spannungswertes, der Zündspannung, an die Steuerelektrode leitend werden, dann aber auch nach Fortfall ersterer den leitenden Zustand erhalten-, solange in der Hauptdurchlassrichtung der Strom zwischen Anode und Kathode einen bestimmten Minimalwert nicht unterschreitet. Der Stromrichter kann also erst dann wieder gesteuert werden, wenn der Stromdurchgang durch unterschreiten dieser Stromschwelle vorher unterbrochen würde«

Bei bestimmten Anwendungen solcher Stromrichter zur Steuerung von pulsierenden Gleichströmen, also insbesondere von gleichgerichteten^ ungegiätteten Wechselströmen, ist gefordert, dass nach der Zündung der Stromrichter solange leitend bleibt, bis der speisende Sti*ois wieder durch einen anderen Schalter abgeschaltet wird, also aüeii < während der Zeitintervalle, in welchen der Schwellenstromwert voa pal ei&r-ettden. Gleic-hstroin ufitersohritteti wird. Diese Aufgabenstellung ergibt sich beispielsweise, wenn ein mit ainem Thyristor fee* 9tücltftiir gesteuerter Schalt er> wie er in der Abbildung %yb auf Seite «ü> einer von dsr Brown & Boveri. & die*■ ■/&« ,Mannheim, heraue-

gegebenen Veröffentlichung von R.Nowag, "Grundsätzliche« zur
Anwendung von gesteuerten Siliziumstromrichtern (Thyristoren)*¹
beschrieben 1st, zur Betätigung eines Wechselstromrelais benutzt werden βοίχ. Diese Schaltung wird hier anhand des Schaltschloss
nach Figur 1 näher veranschaulicht, bei welchem zunächst lediglich die für vorliegende Erfindung matisgeblichen Schaltungsplieder 3 und 8 fortzudenken und durch einen einfachen Leitungszweig zu ersetzen sind. In der Figur ist der Stromrichter als Thyristor dargestellt» er könnte jedoch auch ein Thyratron sein.

In dieser Schaltung liefert eine Wechselstromquelle 12 den Speisestrom in den Laststromkreie 13» der als Arbeitswiderstand ein
Wechselstromrelais Ik enthält. Mittels des Schalters 1 wird dieser Arbeitsstrorakreis betriebsbereit gemacht. Der' Wechselstromkreis enthält weiterhin eine mit den Dioden 4,5»6 und 7 bestückt· Doppelweggl^ichrichter-Anordnung in Graetzschaltung, deren eine
Diagonale von den Wechselstrom durohflössenen Lastkreis 13 gebildet wird, wahrend an den Brückenknotenpunkten 10a und lOb für
die zweite Brückendiagonale 10 eine pulsierende Gleichspannung
steht und demnach in diese Diagonale 10 ein pulsierender Gleichstrom fHessen würde, wenn er vollständig leitend wäre. Wenn nun dieser Diagonalaweig 10 einen gesteuerten Stromrichter z.B. einen Thyristor 9 enthält, so ist noch ein Steuerstromkreis 15 erforderlich, damit Überhaupt dieser Thyristor gezündet werden kann. Der Steuerstromkreis enthält die Quelle 11 für positive Steuersignale und einen Zündschalter 2 zur Herstellung der Betriebsbereitschaft« Der positive Pol der Quelle 11 ist an die Zünd- oder Steuerelektrode 9a des Thyratrons öder Thyristors 9 geführt« Der negative Pol ist mit der Kathode bzw. mit der in Bezug auf die Durchlassrichtung negativen Elektrode des Stromrichters 9 verbunden.

BAD ORIGINAL

Der Thyristorbzw. der Stromrichter 9 bleibt leitend, solange die SteueidLektrode 9a gegen die Kathode 9b eine ausreichend hohe positive ZUndepannung Uz führt. Wird diese abgeschaltet, bleibt der Thyristor nur noch bis sum nächsten Nulldurchgang des Wechselstromes im Lastkreis durchgeschaltet. Er wird sogar schon gesperrt ι wenn nach abgeschalteter Zündung ein als Haltestron bezeichneter bestimmter Schwellenwertunterechritten wird. Normalerweise wird eine derartige Schaltung mit einer Gleichspannung oder mit zur Hauptwechselspannung synchronen Ziindiinpulsen gesteuert«' Im letzteren Falle lKSst.Sich ein· sogenannte Anschnittβsteuerung bewerkstelligen, sodsss nur während bestimmter Zeitabschnitte der Weeheelstromhalbwellen ein Strom fliesst« Jede Halbwelle wird neu gezündet« Der Stromfluss im Lastkreiβ endet aber spätestens eine. Halbwellenzeit nach dem Abschalten der ZUndspannung.

Anlass zu vorliegender Erfindung gab die Aufgabe, den Stromrichter bei Fortfall der ZUndspannung such bsi kurzzeitigem Unterschreiten dee Haltestrom-Schwellenwertes leitend zu erhalten, was dadurch gelöst wird, dass in Serie zum Stromrichter eine Induktivität in Form einer als Ilaltedroasel bezeichneten Drossel in den Brückenzweig 10 eingefügt wird.

Der Grundgedanke der Erfindung und zwei Anwendungsfälle sind in den Ansprüchen gekennzeichnet. Die Figur 1 veranschaulicht die Anwendung zum Zweck« der Steuerung eines Wechselstromrelais i4, Figur 2 zeigt da* Schaltbild für die Steuerung eines aieiehstromrelais 35. Der fruAdafftBllehe Attfbau der Schaltung geaäss Figur 1 1st oben bereits erläutert worden. ' Durch die gemäss der Erfindung vorgesehene Einfügung der Drossel 3 in Serie zum gesteuerten Stromrichter im BrUckendlagonalzwelg 10 wird in ihr nach Zündung-und Leitendwerden des Stromrichters ein·

^qRIGiNAL

magnetische Energie gespeichert, die bein Durchgang de· von der Wechselstrotnquelle 12 gelieferten Wechselstroms durch die Nullphase aufgrund der Drossel-Induktivität in der ursprünglichen Stromrichtung einen Induktionsetrom f Hessen läset, der sich über die Gleichrichter "6 und 7 bau. h und 5 und über den Stromrichter echlleaat. Durch eine geeignete« berechenbare Bemessung der Drossel 3 kann gewährleistet werden, dass der Xnduktionsstroncwährend einer genügend langen Zeit einen Über den Haltestron-Schwellenwert liegenden Induktionsstrom aufrechterhält« bis die nächste Stromhalbwelle aus dem Lastkreis 13 eintrifft. Solange also der Lastkreis 13 durch den Schalter 1 nicht unterbrochen wird, bleibt der Stromrichter 9 nach erstmaliger Zündung leitend· Entsprechend lange bleibt das Wechselstromrelais tk erregt»

Da ale Halteetrom in allgemeinen nur ein kleiner Bruchteil des Lastkrelsetroniee erforderlich ist, z.B. nur 1 % davon, ist die aufzubringende magnetische Energie gering, und die Drossel 3 kann relativ klein sein.

Mit dem BrUckondiagonalzweig 10 der Graetz-Gleichrichterschaltung und mit dem Thyristor 9 liegt die DroBB9l 3 in Hauptstromkreis. Der Spannungeabfall an ihr sollte daher nicht sehr grosm sein. Dafür ist es am wirtschaftlichsten, die Haltedrossel 3 mit ihrem Eisenkern so zu bemessen, dass letzterer bereite bei kleinen Stromvrertcn in Sättigung geht. Es soll jedoch dann sicher gestellt sein, dass der Induktionehub zwischen Sättigung und Remanenz auch eine genügend hohe Energie speichern kann, was durch eine Eisensorte nit hoher Sättigungsinduktion und kleiner Renanens erzielt werden kann. Xm allgemeinen genügt dazu der Aufbau des Drosselkerns aus gewöhnlichem Transform«torblech. Die Remanenz kann aber auch mit Hilfe eines Luftspaltee klein gehalten werden.

0098 2 0/08 8 7 _BAD

DIe vorgeschlagene Schaltung wird weiter durch eine parallel zur Haltedrossel 3 und in Durchlassrichtung liegende Hilfsdiode 8 vervollkommnet , die gewährleistet, dass der Spannungsabfall über der _f Haitedrossel nur bis auf den ¥eri der SchleueBenepaiinung der Hilfediode anwachsen kann» Bei diesem soll dann die Haltedroaael noch ' nicht bie zu ihrer Sättigung erregt sein, ihr Ohtnwiderscand ist ; vielmehr so zu bcnieesen, dass bei einer Schleusaenspanntmg von etwa 0,7 V für Sili2ium~Thyri.dt0.ren schon ein aus-reiehdiider Magnetisierungsstrom flieset. V&br-end die Dr&aaml 3 .dia Stroraliaferung an den Thyrdstör'übernimmt _s liegt dia Diode 3 in Sperrichtung . und hat somit auf cfesen Strom keinen weiteren Einfluss.

Die Schaltung nach Figur 2 ist insofern gegenüber der Schaltung von Figur 1 action vereinfacht, als vorausgesetzt ist,, dass die Stromquelle 17 des Laststromkreises. 24 bereits pulsierenden' Gleichetrom zur Erregung des Gleichstromrelais 23 liefert. Der Steuerstrom wird von der Steuerstromquelle 18 bereitgestellt und Über den Steueretrcmkreis l6 an die Zündelektrode des-Stromrichters 19 herangeführt. In den Phasen, zwischen den Stromimpulsen übernimmt die Haltedroseel 20 aufgrund ihrer Induktivität die Lieferung eines ausreichend hohen Ersatzstromes in gleicher Richtung, welcher über den Parallelzweig 25 zum Stromrichter 19 und zur Drossel 20 zurückfliegst. Für den Laststrom des LastStromkreises 2k ist der Parallelzweig 25 mittels einer in Sperrichtung geschalteten Diode 21 unterbrochen. Sin zweiter Hilfszweig 26, der jedoch nur zur Haltodrosael 20 parallel liegt, enthält eine in Bezug auf den Laststrom in Durchlassrichtung liegende zweite Hilfadiode 22, ,, welche den Spannungsabfall ·η· der Haltedrossel 20 auf einen ■ kleinen Wert begrenzt, wie bereits am Seispiel der Figur i geschildert wurde*

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Euren die erf indungsgeniäss vorgeschlagenen Ma se nähme η wird die kontaktlose Steuerung von Relaisfichaltungen insofern vervollkommnet , als ohne hohen Aufwand die Relais nach erstmaliger Zündung über eine gewünschte Anzahl von Wechsel etroniperioden im Erregungszustand gehalten werden können. Bine derartig· Aufgabenstellung ergibt sich z.B. bei der Steuerung von Defibril·- latoren für die künstliche Wiederbelebung der Herztätigkeit durch elektrische Stromstösse. Hierbei und in anderen Anwendungsfällen ist es ein besonderer Vorzug der erfindungsgemäs« verbesserten Steuerschaltung, dass der Stromrichter auf Grund des von der Drossel bereitgestellten Ersatzstromes auch bei einem kurzzeitigen, unerwünschten, etwa durch ein· Störung verursachten Ausfall des Speisestrone· leitend bleibt und das Relais nicht abfällt* Derartige Störungen sind durchaus nicht β·1-ten, da sie z.B. durch Prellungen an Schaltkontakten entstehen können, und die mit der Erfindung möglich· Kompensation hat daher eine beträchtliche praktische Bedeutung.

009820/0887 _BAD original

Claims

Ansprüche

^y Mit einem gesteuerten Stromrichter arbeitender Schalter für pulsierenden Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, dass im Speisestromkreis (13 oder l'i) in Serie zum gesteuerten Stromrichter (9 oder 19) eine Haltedroesel (3 oder 20) liegt, die den Stromrichter, nachdem er in an sich bekannter Weise mittels eines Zündetronikreie*e( 15 oder l6) gezündet und'leitend gemacht wurde, mittels ihres Selbstinduktionsstromes leitend' erhalt, wenn auch in den Intervallen zwischen den einzelnen Stromwellen der von der Quelle (12 oder 17) gelieferte Strom einen .bestimmten niedrigen Schwellenwert nicht übersteigt.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (9 oder 19) aus einem Halbleiterstromrichter (Thyristor) besteht.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (9 oder 19) aus einem Thyratron besteht.
k. Anwendung der Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2 im Diagonalzweig (10) eines diodenbestückten Zweiweggleichrichterβ in Graetzschaltung, dessen anderer Diagonalzweig (13) von dem Last- bzw. Wechselstromspeisekreiβ (13) gebildet wird, indem das zu speisende Wechselstromrelais (Ik) liegt.
5. Anwendung der Schaltung nach Anspruch 1 bis 3 zur Speisung eines Gleichstrom-Relais (23). das in einem pulsierenden Gleichstrom liefernden Lastkreis (2k) liegt, wobei im Nebenschluss zum Stromrichter (19) und zu der zu ihm in Serie liegenden Haltedrc&sel (20) ein Gleichrichter (21) in Sperrichtung

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IO I

in Bezug auf den Speisestrom des Lastkreises 2k liegt.
6. Schaltung nach den Ansprüchen k und 5, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Haltedrossel (3 oder 20) eine Hilfsdiode. (8 oder 22) in Durchlassrichtung in Bezug auf den durchzulassenden Gleichstrom liegt,. um den Spannungsabfall an der Haltedrossel (3 oder 19) zu begrenzen.
7. Anwendung der Schaltung nach den Ansprüchen 4 bis 6 zur gesteuerten Betätigung eines Wechselstromrelais (l4) oder eines Gleichstromrelais (23).

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