DE1763344A1 - Steuervorrichtung fuer gesteuerte Gleichrichter - Google Patents
Steuervorrichtung fuer gesteuerte GleichrichterInfo
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Description
Jü.V.. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven / Holland
11 Steuervorrichtung für gesteuerte Gleichrichter"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Liefern eines Steuersignals zum Zünden eines oder mehrerer gesteuerter Gleichrichter, die gleichphasig mit einer Spannung gespeist
werden, die aus einer Folge von Sinushalbwellen in Durchlaßrichtung besteht, wobei der Zündzeitpunkt in bezug
auf den Anfang jeder Sinushalbwelle in Abhängigkeit von einem
der Vorrichtung zugeführten Eingangssignal veränderbar ist, welche Vorrichtung aus einem Generator, der einen Kondensator enthält, dessen Klemmen die Ausgangsklemmen des Generators bilden und mit einer Aufladevorrichtung und einer Entladevorrichtung verbunden sind und der eine Folge von Säge- λ
zahnsignalen liefert, die je gleichzeitig mit einer entsprechenden Sinushalbwelle der Speisespannung auftreten
und die eine zur Amplitude der Sinushalbwellen proportionale
Amplitude und eine sich träge ändernde Planke haben, die
kosinusförmig ist und mit einem Signalwert endigt, der einem Eingangssignalwert gleich Null entspricht, und aus einer
Vergleichsvorrichtung besteht, welche die sich träge ändernde Flanke jedes Sägezahns mit dem Eingangssignal vergleicht
und bei Gleichheit das erwähnte Steuersignal liefert.
PHM 2426
Ne Unterlagen (Art. 7 § 1 Λ-ε. ^ i.'r. 1 >.utz 3 dos Ändcrungsgss. v. 4. S. I9ö?i
109843/042S
Gesteuerte Gleichrichter, wie Thyratrons, Thyristoren u.
dgl., werden bekanntlich häufig in der Regeltechnik angewandt, weil sie einen wesentlichen Baustein zur Erhaltung
einer regelbaren Spannungsquelle hoher Leistung in Abhängigkeit
von einem Eingangssignal niedriger Leistung bilden. Eine derartige Spannungsquelle wird im allgemeinen
mit der sinusförmigen J)J etzwechs el spannung gespeist,
und der Zündzeitpunkt während jeder positiven Halbperiode
bestimmt die mittlere Ausgangsspannung für den zu regelnden Prozeß, dessen wahrgenommene Regelabweichung oder eine
Punktion derselben ihrerseits zur Bestimmung des Zündzeit-™
punktes dient. Dies erfordert somit eine Vorrichtung, die das Steuersignal zur Zündung der Gleichrichter zu einem veränderlichen
Zeitpunkt in Abhängigkeit von dieser Vorrichtung zugeführten Eingangssignal liefert.
Wenn ein Regelsystem mit gesteuertem Gleichrichter entworfen wird, sind die Anordnung und Bestimmung der erforderlichen
Elemente des Regelkreises und die Bestimmung der erforderlichen Übertragungsfunktion von den tJbertragungsfunktionen
derjenigen Elemente abhängig, die von vornherein im Regelkreis aufgenommen sind: der zu regelnde Prozeß und
die regelbare Spannungsquelle.
Es ist immer erwünscht, daß die im Regelkreis verwendeten Elemente lineare Übertragungsfunktionen besitzen. In diesem
Falle ist die Übertragungsfunktion des zu regelnden Wertes in bezug auf den eingestellten Sollwert einerseits
und in Abhängigkeit von den zu erwartenden Störungen andererseits leicht zu bestimmen. Dabei sind auch die Genauigkeits-
und Stabilitätsbedingungen unabhängig vom eingestellten Sollwert und vom Augenblickwert der Störungen. Sodann kann
ein derartiges Regelsystem im Voraus berechnet und bestimmt werden, um optimale Ergebnisse hinsichtlich der Genauigkeit
und Stabilität zu erreichen. Wenn jedoch Elemente mit nicht-
— "5 — 1 09843 /(K 2 S
.■■-'■.. - .■■'■■;■■ - 3 -■■■■■ ; ■'■ ; ■
linearer Übertragungsfunktion im Regelkreis aufgenommen sind,
ändern si Gh die Genauigkeit s- und Stabilitätsbedingungen in
Abhängigkeit vom eingestellten Sollwert und vom Augenblickswert der Störungen. Dabei werden dieoptimalen Genau!gkeits-
und Stabilitätsbedingungen nur in einem Arbeitspunkt des Prozesses
und nicht in einem weiten Bereich erreicht.
Die Erfindung bezweckt» eine ModulTorrichtung zum Liefern
des Steuersignals für gesteuerte Gleichrichter zu schaffen.
Eine solche Vorrichtung kann beim Entwurf und bei der Herstellung
einer großen Typenzahl von Regeleinrichtungen als Baustein dienen. Aufgrund des Vorstehenden ist es klar, daß
eine erste Anforderung darin besteht, daß solche Steuervorrichtungen für eine lineare Beziehung zwischen dem Eingangssignal
und der durch die Gleichrichter gelieferten mittleren
Spannung sorgen müssen. Eine zweite Anforderung ist, daß diese lineare Beziehung nicht durch eine äußere Störung, die
nicht mit dem Eingangssignal in Beziehung steht, in diesem
Falle die Form-, I?requenz- und Amplitudenänderungen der
Netzspannung, gestört werden darf. Es gibt Steuervorrichtungen zum Zünden von !!Thyratrons u. dgl., bei denen ein Sägezahnsignal
und ein sich mit dem Eingangssignal ändernder Pegel verglichen werden und beim Erreichen der Gleichheit ein
Zündsignal für die Thyratrons geliefert wird. Eine solche *
Steuervorrichtung gibt jedoch nicht die erforderliche line- '
are Beziehung. Auch gibt es Steuervorrichtungen, bei denen eine in der Phase um 90° gegenüber dem .Netz verschobene
Wechselspannung und ein sich mit dem Eingangssignal ändernder Pegel verglichen werden. Diese Vorrichtungen können nur
eine Zündung je .Netzperiode herbeiführen und können somit
auch nicht für Thyratrons benutzt werden, die mit einem durch
Zweiweggleichrichtung gleichgerichteten Wechselstrom gespeist werden. Außerdem ist diese Vorrichtung empfindlich gegen
Störungen in der Amplitude der Netzspannung und sie gibt die
10984 37 0U?5
erforderliche lineare Beziehung nur für einen genau bestimmten Wert der Netzspannung.
Die Erfindung bezweckt somit, eine als Modul ausgebildete Steuervorrichtung für gesteuerte Gleichrichter zu schaffen,
die diese Nachteile nicht aufweist. Zu diesem Zweck wird eine Steuervorrichtung benutzt, die aus einem Generator besteht,
der einen Kondensator enthält, dessen Klemmen die Ausgangsklemmen des Generators bilden und mit einer Aufladevorrichtung
und einer Entladevorrichtung verbunden sind, und der eine Folge von Sägezahnsignalen liefert, die je gleichzeitig mit
einer entsprechenden Sinushalbwelle der Speisespannung auftreten und die eine zur Amplitude der Sinushalbwellen proportionale
Amplitude und eine sich träge ändernde Planke haben, die kosinusförmig ist und mit einem Signalwert endet, der einem
Eingangssignalwert gleich Null entspricht, und der weiterhin aus einer Vergleichsvorrichtung besteht, welche die sich träge
ändernde Flanke jedes Sägezahns mit einem Eingangssignal vergleicht
und bei Gleichheit das erwähnte Steuersignal liefert.
Gemäß der Erfindung ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladevorrichtung am Anfang jeder Sinushalbwelle
den Kondensator schnell auf eine der Amplitude der Sinushalbwellen proportionale Spannung auflädt, und daß die Entladevorrichtung
während des Verlaufs dieser SlnushalbweUe diesen
Kondensator mit einem Strom vollständig entlädt, der dem Augenblickswert der Spannung dieser Sinushalbwelle proportional
ist.
Das Prinzip und einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Liefern einer regelbaren Spannung,
Fig. 2 die Signale, die in beetimmten Punkten dieser Vorrichtung
auftreten,
- 5 1098A3/CU75
■■■■■■ ■■-.- 5 - ■ . ' ■.■■■■ ;
Pig. 3 die Weise, in der sich, diese Signale hei Änderung
der Netzspannung ändern,
Pig. 4 ein erstes Ausführungsheispiel einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung,
Pig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung,
Pig. 6 die Weise, in der sich einige Signale in diesen Vorrichtungen
bei einer Veränderung der Porm der Netzspannung ändern,
Pig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung,
Pig. 8 die Weise, in der die Signale in der Vorrichtung
nach Pig. 7 zu einem kosinusförmigen Sägezahnsignal zusammengesetzt werden, und
Pig. 9 ein Sägezahnsignal, bei dem die sich träge ändernde Planke eine .Neigung in einer derjenigen der vorhergehenden
Beispiele entgegengesetzten Richtung hat, sowie das Niveau des Sägezahns in diesem Palle.
Pig. 1 zeigt ein einfaches Schaltbild eines !Thyristors 1,
der mit einer durch Zweiweggleichrichtung gleichgerichteten
Wechselspannung (Pig. 2a) gespeist wird, die vom Netz
herrührt und aus Sinushalbwellen mit einer Kreisfrectuenz üb.
und einer Scheitelspannung U besteht. Der Zündzeitpunkt in
bezug auf den Anfang jeder Sinushalbwelle wird durch das Auftreten des Steuersignals (Pig. 2c) bestimmt, das der
Steuerelektrode 2 des Thyristors zugeführt wird, um diesen zu zünden. Die vom Thyristor an den Klemmen 3 und 4 gelieferte
mittlere Spannung V (Pig. 2a) hängt von der Zeit T zwischen dem Anfang jeder Sinushalbwelle und dem Zündzeitpunkt ab:
- 6 1098 43/CH? 5
- 6 V=2 L1 + cos U)T0J (D
Das Steuersignal (Fig. 2c) wird von der Steuervorrichtung geliefert und die Zündung erfolgt zum Zeitpunkt, zu dem das
von einem Sägezahngenerator 5 an den Ausgangsklemmen 6 und gelieferte Sägezahnsignal Z das Niveau des Eingangssignals ν
(Pig. 2b) erreicht, das der Vorrichtung über zwei Eingangsklemmen 8 und 9 zugeführt wird. Der Vergleich zwischen den
Signalen Z und ν erfolgt in der Vergleichsvorrichtung 1o.
^ Die Maßnahme zur Erhaltung der Linearität zwischen der mitt-
^ leren Ausgangsspannung V und dem Eingangssignal v, unabhängig
von der Netzspannung, und zur Beseitigung des Einflusses sämtlicher Amplitudenänderungen der Netzspannung
bestehen darin, daß der Sägezahn kosinusförmig ist und
eine Amplitude hat, die proportional zu U ist, und daß die Sägezähne auf ein Niveau aufgebaut werden, das für das Eingangssignal
(Pig. 2b) das Nullniveau ist. Unter diesen Bedingungen kann einerseits das Sägezahnsignal Z als die Zeitfunktion
Z = j [1 + cos ω t] (2)
^ geschrieben werden, während andererseits die Zündverzöge-™
rungszeit TQ durch die Gleichung
v = j [1 + cos tu !D0J (3)
gefunden werden kann. Aus (1) und (3) geht hervor, daß, unabhängig
von der Netzspannung U und ihren Änderungen, gilt
V = ^v (4)
Wenn die Amplitude der Sinushalbwellen der Speisespannung (Pig. 2a) größer wird, werden die Sägezahnsignale Z im glei-
- 7 109843/04?5
■.".■'-■' -ι— ; ; ■ .■■■'..
chen Verhältnis größer, aber die unteren Scheitel bleiben
nach wie vor auf dem Uullniveau für das Eingangssignal (Pig, 5).
Infolgedessen nimmt bei Zunahme der Amplitude der Sinushalbwellen die Zündverzögerungszeit T zu, so daß die mittlere
Ausgangsspannung unverändert bleibt. Der Sägezahngenerator
wird somit auch über die Klemmen 11 und 12 durch die Amplitude
der Netzspannung beeinflußt.
.Nachstehend werden einige Ausführungsformen von Steuervorrichtungen
dargestellt, bei denen der Erfindungsgedanke angewandt wird. Entsprechende Elemente werden mit den gleichen . g
Bezugsziffern bezeichnet.
Die Vorrichtung nach I"ig. 4 enthält einen Generator einer
kosinusförmigen Sägezahnspannung Z, die an den Leitern 6
und 7 erscheint. Diese Spannungen werden dadurch erzeugt, daß der Kondensator 13 bei Beginn jeder Sinushalbwelle der
Speisespannung über den Transistor 18 plötzlich aufgeladen und während dieser Sinushalbwelle über den !Transistor 14
entladen wird. Die Vorrichtung enthält weiter eine Kippschaltung 1o, welche die dem Kondensator entnommene Sägezahnspannung
Z mit dem über die Klemmen 8 und 9 zugeführten Eingangssignal ν vergleicht. Das Vergleichsergebnis
wird über den Transistor 16 dem Leistungstransistor 17 zu- ä
geführt, der dem Leiter 2 ein Endsignal liefert, dessen
Leistung zum Steuern mehrerer Thyristoren, gegebenenfalls
über je eine Kippschaltung ausreicht. Der Transistor 19
hat die Aufgabe, während der Dauer der Sinushalbwelle der Speisespannung die Basis des Ladetransistors 18 mit dessen
Emitter kurzzuschließen. Dadurch kann der Kondensator nur dann aufgeladen werden, wenn die Speisespannung gleich Hull
ist. Über den Klemmen 11 und 12 liegt eine Spannung, deren
Augenblickswert proportional zum Augenblickswert der gleichgerichteten
Netzspannung ist. Zwischen den Klemmen 12 und
- .■'■'.■■■ '■.■"- 8 -
1098437Π475 \
— R —
2o liegt eine Gleichspannungsquelle, die eine Spannung liefert, deren Wert proportional der Amplitude der Detzspannung
ist. Die Klemmen 21 und 22 werden mit einer gegenüber der Klemme 12 positiven bzw. negativen Spannungsquelle verbunden.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist wie folgt. Da zwischen den Klemmen 11 und 12 eine durch Zweiweggleichrichtung
gleichgerichtete Wechselspannung liegt, ist der Transistor 19 immer gesättigt, ausgenommen während der kurzen
Zeitintervalle, in denen diese gleichgerichtete Wechselspannung gleich Null ist. Diese sind dann auch die einzig möglichen
Zeitintervalle, in denen die Basis des Transistors nicht mit dem Nullpotential der Klemme 12 kurzgeschlossen
ist und in denen der Kondensator 13 somit aufgeladen werden kann. Beim Sperren des Transistors 19 kann der Transistor
17 kurzzeitig vor dem Fulldurchgang der gleichgerichteten Wechselspannung leiten, so daß während eines
sehr kurzen Zeitraums, in dem der Transistor 19 gesperrt ist, der Kondensator 13 rasch Über den Transistor 18 aufgeladen
wird. Bei dieser raschen Aufladung über den Transistor 18, d.h. während der sich rasch ändernden flanke
des Sägezahns Z, wird in einem gewissen Augenblick die Spannung Z größer als die Eingangsspannung v, so daß die
Kippschaltung 1o in den Zustand kommt, in dem die Transistoren 16 und 17 li}etend werden. Dadurch kommt die Basis
des Transistors 17 auf das Nullpotential der Klemme 12 vermehrt um seine Basis-Emitter-Schwellenspannung. Diese Schwellenspannung
gleicht nahezu die Spannung eines Gleichrichters aus, über den die Klemme 2o gespeist wird. Der Spannungsteiler
23, 24 ist somit über die Klemmen 12 und 2o mit einer Spannung verbunden, deren Amplitude proportional zur Amplitude
der Sinushalbwellen der Speisespannung der Thyristoren ist. Während des übrigen Zeitraums, in dem der Transistor
10984 3/0475
. — 9 —
hoch nicht kurzgeschlossen ist, liegt somit an der Basis des
Transistors 18 eine solche proportionale Spannung. Dadurch
wird sichergestellt, daß zum Zeitpunkt, in dem die Kurzschlußwirkung des Transistors 19 anfängt, der Kondensator
13 über den Emitter dieses Transistors 18 eine Spannung annimmt,
die nahezu gleich der Basisspannung dieses Transistors ist, Dann wird der Transistor 18 gesperrt und die Entladung
des Kondensators kann anfangen. Die Amplitude der steilen Planke des Sägezahns ist somit proportional der Amplitude
der Sinushalbwellen der Netzspannung. Die sich träge ändernde Planke, die nunmehr durch die Entladung geliefert werden muß,
muß kosinusförmig sein und ihre Amplitude muß gleichfalls
proportional der Amplitude der Sinuswelle sein, und außerdem muß dafür gesorgt werden, daß der Kondensator am Ende der
Sinushalbwelle vollständig entladen ist. Dies wird dadurch
erzielt, daß der Kondensator 15 über einen Entladetransistor
14 mit einem Strom, der die Form der in diesem Augenblick
den gesteuerten Thyristor speisenden Sinushalbwelle hat, entladen
wird. Sodann ist der Sägezahn von selbst kosinusförmig
und seine Amplitude proportional derjenigen dieser Sinushalbwelle.
Dieser sinusförmige Entladestrom wird dadurch erhalten, daß der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 14 und
der Spannung über seinem Emitterwiderstand diese Sinusform mittels des Spannungsteilers 25» 26 erteilt wird. Die Diode f
27 dient zum Ausgleich der Nihtlinearität des Emitterstroms
in bezug auf die Emitter-Basis-Spannung. Durch eine richtige Wahl der Widerstände 25 und 26 wird erzielt, daß die Spannung
über dem Kondensator 13 am Ende der Sinushalbwelle gerade den
.Nullwert erreicht. Wenn dieser Wert für eine bestimmte Amplitude richtig eingestellt ist, ist er auch für jede andere
Amplitude richtig eingestellt, weil die Aufladung und die
Entladung proportional dieser Amplitude sind. Mit Hilfe der Dioden 28 und 29 wird an den Emitter des Transistors 14 eine
schwache negative Spannung gelegt, um auch bei niedriger
- 10 -
Emitter-Kollektor-Spannung die gewünschte Linearität zwischen Emitterstrom und Basisspannung beizubehalten. Während
des Abfalls der Spannung Z über dem Kondensator ändert die Kippschaltung zum gewünschten Zeitpunkt ihren Zustand, wodurch
der Transistor 17 gesperrt wird. Der Ausgang 2 muß dabei derart mit dem Eingang der Thyristorschaltung verbunden
sein, daß diese Sperrung die Zündung des Thyristors bewirkt. Dieser Transistor 17 kann z.B. dazu dienen, eine
Impulsreihe, die den Zündelektroden mehrerer Thyristoren zugeführt wird, zum Nullpotential der Klemmen 9 und 12 ab-
|) zuleiten. Das durch die Steuervorrichtung gemäß dem Beispiel
gelieferte Steuersignal ist somit das Auftreten eines Kurzschlusses am Ausgang 2 mit der Klemme 9 zu den gewünschten
Zündzeitpunkten.
Fig. 5 zeigt eine Variante der Vorrichtung nach Pig. 4. Auch
hier wird dafür gesorgt, daß ein Kondensator 3o mit einer Spannung aufgeladen wird, die proportional der Amplitude der
.Netzspannung TJ ist. Diese Spannung wird im Zweiweggleichrichter 31 gleichgerichtet, und die erhaltene gleichgerichtete
Wechselspannung wird einerseits den Spannungsteilern 32, 33 und 34, 35 zugeführt und andererseits im RC-Kreis 42, 43 zu
einer Spannung geglättet, die selbstverständlich proportio-" nal der Amplitude der gleichgerichteten Sinushalbwellen ist.
Der Transistor 36 spielt die gleiche Rolle wie der Kurzschlußtransistor
19 der Pig. 4. Die Basis des Transistors 36 ist mit dessen Emitter über den Widerstand 33 verbunden,
der einen Teil eines Spannungsteilers bildet, der mit der durch Zweiweggleichrichtung aus dem iJetz erhaltenen Gleichspannung
gespeist wird. Bereits bei einer kleinen Spannung an der Basis wird dieser Transistor in die Sättigung ausgesteuert,
so daß der Widerstand 37 während einer kurzen Zeit bei Beginn jeder Halbperiode nicht kurzgeschlossen ist. Dabei
liegt die Spannung über dem Widerstand 37 über die Diode
- 11 -109843/iU?5
- - 11 - '.■■■'.
38 auch am Kondensator 3o. Der Widerstand 37 und die Diode
38 erfüllen die gleiche Punktion wie der Widerstand 34 bzw.
der Transistor 18 der Fig. 4. In beiden Fällen spielt der Widerstand die Rolle der Gleiehspannungsquelle, die eine
der Amplitude der Sinushalbwellen proportionale Spannung liefert. Der pn-übergang des !Transistors 18 bzw. der Diode 38 dient dazu, den Aufladestrom von dieser Gleichspannungsquelle
zum Kondensator durchzulassen, wenn der Kurzschlußtransistor 19 bzw. 37 gesperrt ist, und den Strom in
der entgegengesetzten Richtung zu sperren. Ebenso wie beim vorstehenden Beispiel wird der Kondensator über einen Ent- λ
ladekreis, der die Emitter-Kollektor-Strecke des !Transistors
39 enthält, dessen Basis über einen Spannungsteiler 34» 35
an die gleichgerichtete Netzweehselspannung gelegt ist, kosinusfb'rmig
entladen. Damit die Entladung kosinusförmig erfolgt, wird dieser Transistor innerhalb des linearen Bereichs
ausgesteuert, d.h., daß ebenso wie im vorstehenden
Beispiel dafür gesorgt worden ist, daß der Emitterstrom proportional jeder beliebigen Emitter-Basis-Spannung für jede
beliebige Emitter-Kollektor-Spannung bleibt. Für diese Linearisierung
dienen die Diode 4o und die Verbindung mit dem
positiven Potential-über den Widerstand 41. Auf diese Weise
erscheint am Emitter des Vergleichstransistors 44 eine Sägezahnspannung Z, die, wenigstens innerhalb eines weiten Lei- \
tungswinkelbereichs, den erfindungsgemäßen Bedingungen genügt,
daß nämlich die mittlere Spannung, die von diesen mit der
Vorrichtung gesteuerten Gleichrichtern geliefert wird, für jede beliebige Netzspannungsamplitude proportional dem Eingangssignal sein soll. Das Eingangssignal in Form der Spannung ν wird an die Basis dieses Vergleichstransistors 44 gelegt,
der, wenn Z kleiner als ν wird, leitend wird und am
Ausgang 45 ein Zündsignal liefert.
Bei den beiden bisher erläuterten Beispielen besteht der
Sägezahngenerator, der den erfindungsgemäßen Bedingungen
109843/(U?S
genügt, aus einem Kondensator, dessen Klemmen 6 und 7 die Ausgangsklemmen des G-enerators bilden und einerseits mit
einer Aufladevorrichtung und andererseits mit einer Entladevorrichtung verbunden sind. Die Aufladevorrichtung ist
derart gebaut, daß der Kondensator nur bei Beginn jeder Sinushalbwelle aufgeladen werden kann und zwar auf eine der
Amplitude dieser Sinushalbwellen proportionale Spannung. Die Entladevorrichtung ist derart gebaut und bemessen, daß während
des Verlaufs jeder Sinushalbwelle der Speisespannung der Kondensator vollständig entladen wird, und zwar mit einem
Strom, der proportional dem Augenblickswert der Spannung dieser Sinushalbwelle ist. Offensichtlich können, sofern
diese Bedingungen erfüllt werden, andere mehr oder weniger einfache oder vorteilhafte Schaltungsanordnungen als Aufladeoder
Entladevorrichtung benutzt werden. Bei den geschilderten Ausführungsformen jedoch kann der Spannungsteiler 25,
bzw. 34, 35 so angepaßt werden, daß auch dann, wenn die Netzspannung nicht sinusförmig ist, eine einwandfreie Linearität
zwischen der von den Thyristoren im Mittel gelieferten Spannung V und der Eingangsspannung ν beibehalten wird. In
diesem falle ist der Abfall ν der Spannung Z über dem Kondensator
zwischen den Zeitpunkten t und t1 (Pig. 1) stets proportional
dem Integral der Speisespannung zwischen den gleichen Zeitpunkten. Bei einer Verzerrung der Netzspannung wird
somit der Zündzeitpunkt derart geändert, daß das Integral für eine konstante Eingangsspannung ν konstant bleibt.
Im Vorstehenden wurde beispielshalber angegeben, wie ein kosinusförmiger Sägezahn nach Mg. 2b erhalten werden kann.
Es gibt jedoch auch andere Möglichkeiten, wie z.B. durch Phasenverschiebung um 9o° eines Teils der sinusförmigen
Netzspannung, wie nachstehend erläutert wird. Weil dieser Teil proportional der Netzspannung ist, wird von selbst er-
- 13 10984 3/04?$
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zielt, daß sich die Amplitude der Sägezähne mit der Amplitude der Netzspannung ändert. Dabei müssen jedoch
zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, um dafür zu sorgen, daß die unteren Scheitel der Sägezähne auf dem Jiullniveau
bleiben (siehe Pig. 3). Zu diesem Zweck kann eine Pesthaltesehaltung benutzt werden. Pig. 7 zeigt ein Beispiel einer Steuervorrichtung mit einem derartigen Sägezahngenerator und einer Pesthaltesehaltung. Der Generator
enthält einen Transformator 5o mit zwei symmetrischen Sekundärwicklungen, deren Enden A bzw. A1 gegenüber Erde die
Potentiale annehmen, wie sie in Mg. 8a bzw. 8b dargestellt
sind. Über einem Teil jeder Sekundärwicklung ist eine pha— ' "
senverschiebende RC-Schaltung 51 bzw. 52 angebracht, die
derart bemessen ist, daß die Spannung in den Punkten B und
B1 9o° in bezug auf die Spannungen in den Punkten A bzw. A1
voreilt (Pig. 8a bzw. 8b). Die Dioden 53 und 54 zusammen mit dem Widerstand 57',der mit einer positiven Spannungsquelle verbunden ist, sorgen dafür, daß der Punkt C immer
das niedrigere der beiden Potentiale A und B annimmt (siehe die ausgezogene Linie in Pig. 8a). Die Dioden 55 und 56 zusammen
mit dem Widerstand 57 erfüllen die gleiche Punktion für das Potential des Punktes C1 in bezug auf die Potentiale
A1 und B1 (siehe die ausgezogene Linie in Pig. 8b). Die
Dioden 58 und 59 zusammen mit dem Widerstand 6o, der mit g
einer negativen Spannungsquelle verbunden ist, sorgen dafür,
daß der Punkt D immer das höhere der beiden Potentiale C und C1 annimmt. Infolgedessen ergibt sich im Punkt D eine
kosinusförmige Sägezahnspannung, deren mittleres Niveau jedoch gleich UuIl ist (Pig. 8c). Das "Uiveau der unteren Scheitel ändert sich somit mit den iietzspannungsschwankungen. Dies
Mveau wird mittels der Verriegelungsschaltung, die aus dem
Kopplungskondensator 61 und der Diode 62 besteht, auf einen konstanten Nullwert gebracht. Die gewünschte Sägezahnspannung erscheint dabei im Punkt E (Pig. 8d). Sehr steil an-
109843/0475
steigende Planken sind dadurch erzielbar, daß das Verhältnis zwischen den Spannungen in den Punkten A und B möglichst
groß gehalten wird. In der Kippschaltung 1o wird diese Sägezahnspannung
Z mit der Eingangsspannung ν verglichen und bei Gleichheit wird ein Signal am Ausgang 63 wahrgenommen. Tatsächlich
darf vor die Verriegelungsschaltung jeder beliebige Kosinussägezahngenerator geschaltet werden, bei dem
der Pegel der Scheitel an Ende jeder kosinusförmigen Planke schwankt. Dieser Generator muß jedoch stets Sägezähne liefern,
deren Amplitude sich proportional der Netzspannung ändert. Die sich träge ändernde Planke darf auch eine ansteigende
kosinusförmige Planke sein, die um 9o° gegenüber dem Netz nachtfeilt (Pig. 9), aber in diesem Palle ist der
Pegel der Scheitel am Ende jeder Planke das Niveau der oberen Scheitel und es ist dieser Pegel, der dann das Potential
der Klemme 9 beibehalten muß, welche gegenüber dem Eingangssignal auf dem Nullpegel liegt.
Es ist nicht notwendig, daß die Sinushalbwellen, welche die gesteuerten Gleichrichter speisen, einander unmittelbar folgen.
Sie dürfen mit einem regelmäßigen Intervall auftreten. Die Hauptsache ist, daß bei jeder Sinushalbwelle der Porm
U sin ωt
ein Sägezahn auftritt, wobei das Signal gegenüber dem Nullpegel des Eingangssignals durch
Z s ~j H + cos tu t J
gegeben wird. Unter diesen Bedingungen ist und bleibt die Übertragungsfunktion ^ bei veränderlicher Netzspannung und
Netzfrequenz linear, und bleibt auch unempfindlich gegen
- - 15 -
■■-■.15.-.
diese Änderungen. Dies ist für ein Modulelement für die
Regeltechnik äußerst erwünscht.
Patentansprüche -i
- 16 -
109843/0475
Claims (4)
1.) Vorrichtung zum Liefern eines Steuersignals zum
Zünden eines oder mehrerer gesteuerter Gleichrichter, die gleichphasig mit einer Spannung gespeist werden,
die aus einer Folge von Sinushalbwellen in Durchlaßrichtung besteht, wobei der Zündzeitpunkt in bezug auf den
Anfang jeder Sinushalbwelle in Abhängigkeit von einem der Vorrichtung zugeführten Eingangssignal veränderbar ist,
welche Vorrichtung aus einem Generator, der einen Kondensator enthält, dessen Klemmen die Ausgangsklemmen des
fc Generators bilden und mit einer Aufladevorrichtung und
einer Entladevorrichtung verbunden sind und der eine Folge von Sägezahnsignalen liefert, die je gleichzeitig
mit einer entsprechenden Sinushalbwelle der Speisespannung auftreten und die eine zur Amplitude der Sinushalbwellen
proportionale Amplitude und eine sich träge ändernde Planke haben, die kosinusförmig ist und mit
einem Signalwert endigt, der einem Eingangssignalwert
gleich Null entspricht, und aus einer Vergleichsvorrichtung besteht, welche die sich träge ändernde Flanke
jedes Sägezahns mit dem Eingangssignal vergleicht und bei Gleichheit das erwähnte Steuersignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladevorrichtung am An-
ψ fang jeder Sinushalbwelle den Kondensator (13) schnell
auf eine der Amplitude der Sinushalbwellen proportionale Spannung auflädt, und daß die Entladevorrichtung während
des Verlaufs dieser Sinushalbwelle diesen Kondensator (13) mit einem Strom vollständig entlädt, der dem Augenblickswert
der Spannung dieser Sinushalbwelle proportional ist.
2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladevorrichtung einen !Transistor (14) enthält,
NeUC Unterlagen (Art.7£I Abs.2 Nr.I Satz3 desEndcrunfloflos. V.4.:.!. -J7 -
1098A3/CU?R
17633Λ4
dessen Emitter und Kollektor in den Entladekreis geschaltet sind und dessen Basis über einen Spannungsteiler
(25, 26) an die Speisespannung der gesteuerten Gleichrichter,gelegt ist, wobei der [Transistor (14)
durch die angelegte Emitter-Basis-Spannung innerhalb seines linearen Bereiches gesteuert wird.
3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufladevorrichtung aus einer Gleichspannungsquelle
besteht, die eine der Amplitude der Sinushalbwellen proportionale Spannung liefert und mit deren
Klemmen der Emitter bzw. der Kollektor eines Kurzschluß- ä
transistors (19, 36) verbunden sind, dessen Basis mit seinem Emitter über einen Widerstand eines Spannungsteilers
verbunden ist, der an die Speisespannung der gesteuerten Gleichrichter angeschlossen ist und
bei positiver Speisespannung diesen Kurzschlußtransistor
in den Sättigungsbereich aussteuert, und daß in den Aufladekreis ein pn-übergang (18, 38) eingefügt ist,
der beim Sperren des Kurzschlußtransistors den zur Aufladung des Kondensators (13) auf die von der Gleichspannungsquelle
gelieferte Spannung erforderlichen Strom durchläßt.
4.) Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Sägezahngene- I
rator zur Lieferung einer Folge von Sägezahnsignalen
mit einer der Amplitude der Sinushalbwellen proportionalen Amplitude und einer sich träge ändernden kosinusförmigen
Flanke ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal dieses Generators einer Festhalteschaltung
zugeführt wird, die den Pegel der Scheitel am Ende jeder Flanke auf dem üfullwert hält.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL6706733A NL6706733A (de) | 1967-05-13 | 1967-05-13 |
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| DE1763344A1 true DE1763344A1 (de) | 1971-10-21 |
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Family Applications (1)
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