DE1763751A1 - Impulsgenerator fuer eine mit einer Wechselspannung synchrone Impulsfolge mit einstellbarem Phasenwinkel - Google Patents

Impulsgenerator fuer eine mit einer Wechselspannung synchrone Impulsfolge mit einstellbarem Phasenwinkel

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DE1763751A1 DE19681763751 DE1763751A DE1763751A1 DE 1763751 A1 DE1763751 A1 DE 1763751A1 DE 19681763751 DE19681763751 DE 19681763751 DE 1763751 A DE1763751 A DE 1763751A DE 1763751 A1 DE1763751 A1 DE 1763751A1
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Description

SEMENS AKIIENOESEILSCHAEE
Erlangen, 31*7.1968 Werner-von-Siemens-Str. 50 PIA 68/0517
Impulsgenerator für eine mit einer Wechselspannung
synchrone Impulsfolge mit einstellbarem Phasenwinkel
Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator, der eine mit einer Wechselspannung synchrone Impulsfolge abgibt, mit einem Kondensator, der von einer Gleichspannungsquelle aufladen und über
einen ersten Transistor periodisch entladen wird, mit einer Steuerspannungsquelle, die eine einstellbare Vergleichsspannung liefert, deren Höhe den Sperrzeitpunkt dnes zweiten Transistors in bezug
Hab/fcal
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auf die Wechselspannung bestimmt, wobei an der Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Tranaistors die Impulsfolge abgenommen wird.
Ein soloher Impulsgenerator ist bereite bekannt· Bei diesem wird die ßifferenzspannung aus der Konaensatorspannung and der einstellbaren Vergleiche spannung ,gebildet· Hose Differenzspannung liegt an der Steuerstrecke des zweiten Traneistora. Dieser wird dann gesperrt, wenn die Kondensatorapannung die Yerglelohsspannung übersteigt . In jeder Periode der Wechselspannung wird der Kondensator entladen! worauf der «weite .!transistor wieder leitend wird« An der Kollektor-Bmitter-Strecke dieses Iraneistors treten also epannungsimpulse auf, deren Folgefrequenz von der Frequenz der Wechselspannung abhängt.
ι;
Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daS der zweite Translator nicht schlagartig gesperrt werden ^ann, da sich die Differenzspannung beim Aufladen des Kondensators nur relativ langsam ändert« Die an der Kollektor-Smitter-Streoke des Transistors auftretenden Spannungsimpulse haben daher eine relativ geringe Steilheit, was z. B. für Steuerzweoke nicht erwünscht ist. Auch ist hierbei eine SteuerSpannungsquelle erforderlich, die außer den beiden Anschlußklemmen keine weiteren Verbindungen mit der übrigen Schaltung aufweist} das bedeutet z. B«, da8 die Vergleiohespannung nicht aus der die übrige Sohaltung speisenden Grleiohspannung abgeleitet werden kann.
Ziel der Erfindung ist ein Impulsgenerator der eingangs genannten Art, der mit nur zwei Transistoren Impulse mit steilen Flanken erzeugt, deren Phasenlage auch mit einer von der dem Impulsgenerator speisenden Spannung abgeleitet Vergleichsspannung
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Teränderbar ist.
üiese Aufgabe wird mit einem Impulsgenerator der eingangs genannten Art gelöst, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, ist, daß der Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Transistors die Reihenschaltung des Kondensators mit einer ersten Diode parallel geschaltet ist, die eo gepolt ist, daß sich der Kondensator bei gesperrtem Transistor über einen ersten Widerstand auflädt, daß der ersten Diode die Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand und einer zweiten Diode parallel geschaltet ist, wobei diese Diode so gepolt ist, daß sich der Kondensator Über sie, den zweiten Widerstand und die Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Transistors der zweite Widerstand und eine Spannungsquelle parallel liegt, die eine aus der Wechselspannung abgeleitete ungeglättete Gleichspannung liefert, daß der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors die Steuerspannungeneile so Über eine dirtte derart gepolte Diode parallel geschaltet ist, daß die Spannung, auf die sich der Kondensator auflädt, auf die Höhe der Steuergleichspannung ^begrenzt ist, daß durch die Steuerstrecke des zweiten Transistors über eine vierte Diode ein ihm Öffnender Steuerstrom fließt, daß die Reihenschaltung aus der vierten Diode und der Steuerstrecke des zweiten Transistors Über eine fünfte, derart geplte Diode der Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Transistors parallelgesehaltet ist, daß der Steuerstrom Über die fünfte Diode abfließt, wenn die Emitter-Kollektor-Spannung am ersten Transistor einen durch die Schwellwerte der vierten Diode und der Steuerstrecke des zweiten Transistors bestimmten Wert unterschreitet.
- 3 - Hab/Hai
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Vorzugsweise kann der Impulsgenerator als Steuersatz für über eine Last an einer Wechselspannungsquelle liegende steuerbare Halbleiterbauelemente verwendet werden* Insbesondere ist dabei an sogenannte.. Triacs gedacht, die sich von Thyristoren daduroh unterscheiden, daß ein Stromfluß in beiden Richtungen durch denselben Klemmen zugefügte Steuerimpulse steuerbar 1st*
Die Erfindung wird anhand eines Aueführungsbeispieles in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen
Hg* 1 ein Ausführungebeispiel der Erfindung,
Fig* 2 den Spannungsverlauf an einigen Punkten der Anordnung nach SIg* 1, und
Fig. 3 einen Wechselstromsteller mit drei Impulsgeneratoren gemäß Hg. 1«
Der in Hgur 1 gezeigte Impulsgenerator besteht im wesentlichen aus einem Transistor pt, dessen Kollektor-Emitter-Strecke die Reihenschaltung eines Kondensators K1 und einer Diode n2 parallel geschaltet ist* Diese Reihenschaltung liegt über einen relativ niederohmigen Widerstand r3 auch an einer Gleichspannungsa.uelle, die aua einem Gleichrichter G, einem Ventil n8 und einem Speicher-Kondensator K2 besteht« Der Diode xxZ ist die Reihensohaltung aus einer weiteren Diode n1 und einem Widerstand r2 parallel geschaltet wobei diese Diode so gepolt ist, daß sich der Kondensator K1 bei leitendem Transistor p1 über die Kollelrtor-Emitter-Streoke des Transistors p1, die Diode n2 und den Widerstand r2 entladen kann. Die Steuerstrecke des Transistors p1 1st über einen Widerstand r1
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und den Gleichrichter (J an etae Weohselspannungequelle U^ und außerdem an den Widerstand v2 angesahlcsaen» Dieser Widerstand ist relativ hochohmig, so daß die Entladezeit dee Kondensators £1 groß gegenüber seiner Aufladezeit ist« An die Kollektor-Eaittar-Strecke dee Transistors pi ist über eine Diode n7 eine Steuerspannungequelle angeschlossen, die eine einstellbare Vergleiohsspannung Ug liefert; sie kann von einem dem Speicherkondeneator £2 parallel-zuschaltenden, veränderbaren Spannungsteiler abgegriffen werden»
Weiterhin besteht der Impulsgenerator aus einem zweiten Transistor p2, dessen Emitter-Kollektor-Strecke über einen ^Viderstand an die G-leiohspannungsquelle und über eine Diode ηβ an die Steuerstreckes eines Trlacs p4 angeschlossen 1st und dessen Steuerstrecke über einen Widerstand r4 und eine Diode n4 einen Steuerstrom erhält, der diesen Transistor öffent. Zwischen dem Widerstand r4 und der Diode n4 liegt eine weitere Diode n3» deren Anode mit dem Kollektor des Transistors p1 verbunden 1st,
Über die Laststrecke des Triac p3 ist eine Belastung L an die Weohselspannungaquelle U^ angeschlossen, an der auch der Gleichrichter G liegt«
Zur Erläuterung der Funktion dieser Anordnung wird auf die Hgur
der
verwiesen. In Zeile a der Uigur 2 ist der Verlauf/Uber den Widerstand r1 an die Steuerstrecke des Transistors p1 gelegten Steuergleichspannung Ug gezeigt» Diese Spannung Ug ist die ungeglättete, durch Vollweggleichrichtung aus der synchronisierenden Wechselspannung Un abgeleitete Gleichspannung. Mit Ausnahme eines kleinen
10 98 18v5ifS 3 7 Hab/Hnl
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Bereiches von t, bia t1 (Pig. 2, Zeile a), in den dl· Spannung fast oder ganx UuIl ist, ist die Spannung groß genug» um den Trane! et or p1 über den Wideretand rl auszusteuern., Damit kann aioh der Kondensator Ki vom Zeitpunkt t. an Über den Widerstand r3 auf den Wert der Vergleichsspannung Ug aufladen» «as in Tig· 2, Zeile ^ b, die den Spannungeverlauf an der Kollektor» Emitter-Strecke des Transistors p1 und den Verlauf der Konden— satorspannung darstellt» wiedergegeben ist· Der Widerstand r3 ist so bemessen» daß die Aufladezeit des Kondensators im Vergleioh zur Dauer einer Halbwelle der Weohselspannung Vy sehr klein ist« Zum Zeitpunkt tj wird der Sranei&or p1 wieder leitend gesteuert, so daß sich der Kondensator K1 über dessen Kollektor·- Emitter-Strecke, die Diode n1 und den WLderstand x2 entladen kann» Wenn - wie vorausgesetzt - die Entladezeitkonstante wesentlich größer als die ladezeitkonstante 1st» ergibt eich der in Zeile b der Figur 2 wiedergegebene sägezahr^rtlge Verlauf der Kondensator- und der Iransietorspannung· Dieser Verlauf stellt in erster Annäherung einen Ausschnitt aus einer ooe-Kurve dar und ist auf die differenzierende Rückführung über Kondensator k2 und Widerstand r2 zurückzuführen«
Solange das Potential am Kollektor von p1 mindestens um den Sohwellwert der Diode u3 größer als das Potential dee Verbindungspunktes B; der Dioden n3 und n4 ist» ist n3 gesperrt und p2 durchlässig· Sinkt die Kondensatorspannung auf einen Wert» bei den das Potential an der Kathode der Diode n3 zuzüglich ihres Sohwellwertes kleiner als das Potential am Punkt B 1st» so fließt der Steueretram für den Transistor p2 durch die Diode n3 ab. Der Xraneletor p2 sperrt damit. Dieser Sperrvorgang erfolgt sehr aohnell, da sich
109818/0637 BAD ORIS.NAL
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der durch die Mode n3 fließende Strom aufteilt und einerseits durch den Transistor p1 und andererseits in den ecbon teilweise entladenen Kondensator K1 fließt. Der Steuerstrom für den Transistor p2 reißt also sehr sohnell ab, wodurch die gewünschte Steilheit des Spannungseinsatzes an der Kollektor-Emitterst recke des Transistors* p2 erreicht wird.
Dieser Vorgang wiederholt sioh in ^eder Halbwelle der Wechsel-
ent
spannung, An der Emitter-Kollektorstreck<y 3teht dann eine Impulsfolge! deren Frequenz gleich der*doppelten Frequenz der Wechselspannung ist. Die Spannung, auf die der Kondensator K1 aufgeladen wird, ist durch die Höhe der Steuergleichspannung TJg bestimmt, die an der Kollelrtor-Emitter-Strecke des Transistors p1 liegt. Je größer diese Steuergleichspannung ist, um so größer ist auch der Spannungswert, auf den der Kondensator ΚΊ aufgeladen wird. Die Zeit, die die Kondensatorspannung benötigt, um auf einen bestimmten Wert abzusinken» wird mit steigender Steuergleichspannung größer· Damit wächst auch die Zeit, in der das Potential am Kollektor des Transistors p1 bis auf die Größe des Baeispotentials des Transistors p2 abgefallen ist. Mit Hilfe der Größe der Steuergleichspannung IJg kann daher der Zeitpunkt, zu welchem der Transistor p2 bezüglich der synchronisierenden Wechselspannung TJ bzw. der Gleichspannung TJ„ sperrt, eindeutig bestimmt st «
worden·
Die Ausgangsspannung des Transistors p2 ist in Zeile c der Figur «- dargestellt. Es ist ersichtlich, daß mit steigender Steuergleiohspannung TJg der Transistor p2 immer später sperrt, so daß der am Ausgang des Transistors p2 auftretende Spannungsimpuls immer kürzer wird. Im Falle einer relatir hohen Steuergldbhspannung TJ81 ":.,. .,;.?;.
1 0 9 8 1 8 / η 6 377- BAD GRiGiKAL ;ial)/lial
beginnt dieser Impuls zur Zeit t2. Die Impulse enden aber in jedem fall zur Zeit t*, dt h» mit der Sperrung dee Transistors p1, Mit dieser Anordnung lassen sich daher Steuerimpulse erzeugen, deren Breite 180° -><C beträgt» Dabei ist£ -^t2 bzw.
Besonders vorteilhaft läßt sich mit η Impulsgeneratoren die Leistungsaufnahme eines n*phasigen Verbrauchers steuern, wenn in jeder Phasenleitung ein steuerbarer Gleichrichter liegt. In Figur 4 ist die Verwendung solcher Impulsgeneratoren für einen dreiphasigen Verbraucher gezeigt» Dabei ist für jede Phase ein Impulsgenerator (r, e, t) vorgesehen. Als Synohronisierspannungen werden diesen Impulsgeneratoren jeweils die Spannung sswiaohen der entsprechenden Phasenleitung und dem Sternpunkt des Verbrauchers zugeführt· Die Vergleichsspannung Ug ist allen Impulsgeneratoren gemeinsam·
3 figuren
3 Patentansprüche
- 8 - Hab/Äal
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Claims (1)

  1. PIA 68/0517
    Patentansprüche
    1, Impulsgenerator» der eine mit einer Wechselspannung synchrone Impulsfolge abgibt, mit einem Kondensator, der von einer öleichspannungsquelle aufgeladen und über einen ersten Transistor periodisch entladen wird, mit einer Steuerspannungsquelle, die eine einstellbare Yergleichsspannung liefert» deren Höhe den Sperrzeitpunkt eines zweiten Tranaistors in bezug auf die Wechselspannung bestimmt, wobei an der Endtter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors die Impulsfolge abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor-Emitter-Streclce des ersten Transistors (pi) die Reihenschaltung des Kondensators (E1) mit einer ersten Diode (n2) parallel geschaltet ist» die so gepolt ist» daß sich der Kondensator (K1) bei gesperrtem Transistor (p1) über einen ersten Widerstand (r3) auflädt, daß der ersten Mode (n2) die Eeihenschaltung aus einem zweiten Widerstand (r2) und einer zweiten Diode (ni) parallel geschaltet ist, wobei diese Diode (n1) so gepolt ist, daß sich der Kondensator über sie, den zweiten Widerstand (r2)und die Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Transistors (p1) entladen kann, daß der Steuerstrecke des ersten Transistors (p1) der zweite Widerstand (r2) und eine Spannungsquelle parallel liegt, die eine aus der Wechselspannung abgeleitete ungeglättete Gleichspannung liefert, daß der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (p1) die Steuerspanaungsquelle so über eine dritte derart gepolte Diode (n7) parallelgeschaltet ist, daß die Spannung, auf die sich der Kondensator auflädt, auf die Höhe der Steuergleichspannung begrenzt ist, daß durch die Steueretrecke des zweiten ▼ tonsietors (p2) über eine vierte Diode (n4) ein ihn Öffnender
    10 98 tfiß/T» 6 3 7 Hab/Hai
    PIA 68/0517
    Steuerstrom fließt, daß die Beihenechaltung aas der alerten Diode (n4) und der Steuerstrecke dee «weiten transistors (p2) über eine fünfte, derart gepolte »lode («öl. der Eaitter-Kollektor-Streeke äee eraten Transistors (pi) parallelgescbaltet ist, daß dar Steuerstrom über die fünfte mode (n3) abfließt, wenn die Bmitter-Kollektor-^pannung aa eraten Transistor (pi) einqn duroh die Schwellwerte der vierten Mode (n4) und der Steueretreoke des zweiten Translators (p2) beatieeten Wert unterschreit öt 4
    2· Impulsgenerator nach Anapruoh 1, gekeniiselobnet duroh die ; Verwendung ala Steuersatz für über eine last an einer Wechselspannung liegende ateuerbare Halbleitereleaente. I \
    3* Steuersatz naoh einemder Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekonnt \
    V ■ zeichnet, daß zur Steuerung von η eteuerbaren Halbleiterbau- : ; elementen, von denen jeweils einer in einer Phaaenleitung einest \ n-p.iaaigen Verbraucher β mit zugänglichen üternpunkt liegt, η \ : Impulsgenerator^ vorgeaehen aind, denen die gleiche et euer- \ bare Gleichspannung (U3) zugeführt wird» und daß diesen ala die I zur Erzeugung der ungeglätten Gleichspannung benötigte Weohael- ί! spannung jeweils die Wechselspannung zwischen Sternpunkt und \
    der entsprechenden Pbaeenleltung zugeführt wird.
    • 10 - Hab/Hai
    109818/0637
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