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"Schaltungsanordnung zur kontaktlosen Steuerung der Leistung von
Wechselspannungsverbrauchern" Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur
kontaktlosen Steuerung der Leistung von Wechselspannungsverbrauchern, insbesondere
von elektrischen Heizungen, mittels Impulsgruppensteuerung, bei der die Ausgangsleistung
proportional der Eingangssteuerspannung ist, mit einem bidirektionalen Thyristor,
in dessen Zündkreis die Reihenschaltung eines bidirektionalen Triggerelementes und
eines Kondensators liegt und die bidirektionals Triggerelement einen definierten
Zündimpuls für den Thyristor abgibt, wenn die am Kondensator anliegende Spannung
die Durchbruchspannung des bidirektionalen Triggerelementes überschreitet.
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ab@@ Katalog Nr. 112044,68 der Firma Neye "Thyristorenanlagen @@@ndschaltungen
und Anwendungsbeispiele" sind Zund-@@ für verschiedene Thyristoranordnungen gekannt.
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@@ zwischen @@@@it@ @ @@@ @@ rs
und einer unter dem
Namen "Diac" bekannten Zweiwegschaltdiode die Zündimpulse für de Thyristor liefert.
Der Kondensator wird dabei über einen Ladewiderstand aufgeladen. Erreicht die Kondensatorspannung
die Durchbruchspannung der Zweiwegschaltdiode, so erzeugt diese einen definierten
Zündimpuls für den Thyristor. Diese Schaltungen sind für Phasenanschnittsteuerungen
entworfen worden und dabei so ausgelegt, daß die an dem Zündkondensator liegende
Spannung gegenüber der Speisespannung nacheilt. Durch die Veränderung der Größe
des Ladewiderstandes ist es möglich, den jeweiligen Zündwinkel zu verändern. Nachteilig
bei diesen Schaltungen ist, daß durch den u U. starken Phasenanschnitt steile Flanken,
Funkstörungen und erhebliche Blindströme entstehen, außerdem wird der Oberwellengehalt
der Netzspannung erhöht.
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Bekannt ist weiterhin, für die Steuerung der Leistung von Wechselspannungsverbrauchern
eine sogenannte Impulsgruppensteuerung anzuwenden. Bei dieser Impulsgruppensteuerung
erstrecken sich die Zeiträume, in denen in Verbraucher Leistung umgesetzt bzw. nicht
umgesetzt wird, über Vielfache der Periodendauer der Versorgungsspannung. Es wechseln
sich also Leistungs @@kot@ mit Pausen ab. Da Impulsgruppenschaltungen Leistungs-@
schalter dessen Dauer ein Vielfaches der Periodendauer der Speisespannung ist, ist
die Schaltfrequens der Leistung @ geringer als bei der Phasenanschaltsteuerung,
bei der die Frequenz der Leistung das Doppellte der @wegt der Versorgungswechselspannung
beträgt.
Bei der Impulsgruppenschaltung wird im allgemeinen in der Nähe des Spannung nulldurchganges
geschaltet, wodurch einige der durch die Phasenanschnittsteuerung verursachten Nachteile
vermieden werden. Zwei Thyristorschaltungen mit Impulsgruppen sind in der Zeitschrift
"Elektronik" (1968), Heft 4, Seite 111 beschrieben. Bei der einen Thyristorsteuerschaltung
bestimmt das von der Größe zweier Widerstände abhängige Tastverhältnis eines astabilen
Multivibrators, dessen Frequenz im wesentlichen konstant und niedriger als die der
Versorgungswechselspannung ist, die Größe der im Verbraucher umgesetzten Leistung.
Da die Dauer eines Leistungspaketes bzw.
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einer Pause immer ein Vielfaches der Periodendauer der Versorgungswechselspannung
, ad die Periodendauer der Rech.teckschwingung des stabilen Multivibrators konstant
is+, kann die umgesetzte Leistung nicht stufenlos verstellt werden.
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Die andere Thyristorschaltung betrifft einen Temperaturregelkreis,
bei dem die beiden anti?arallel geschalteten Thyristors ren eigene Zündkreise besitzen
und über einen Gegentaktzündimpulsübertrager gesteuert werden. Uberschreitet der
Widerstandawert eines als Temperaturfühler dienenden NTC-Widerstandes einen vorbestimmten
Wert, so werden die antiparallel geschalteten Thyristoren phasenrichtig gezündet;
unterschreitet der Widerstandswert jedoch den vorbeetimmten Wert, so werden keine
Zündimpulse für die Thyristoren geliefert. Bei dieser Thyristorschaltung
ist
nicht dafür gesorgt, daß die Leistungepakete jeweils aus ganzen Perioden der Versorgungswechselspannung
bestehen, so daß durch den Gleichstromanteil eine störende Vormagnetisierung des
Versorgungstransformators entstehen kann.
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Nach dem Prinzip der Impulsgruppensteuerung der Leistung eines Wechselspannungsverbrauchers
arbeitet auch der Thyristor-Stellverstärker "Semitakt - Typ Be der Firma AEG. Dieser
Stellverstärker enthält als Leistungsschalter zwei antiparallel geschaltete Thyristoren.
Für Jeden der beiden Thyristoren ist ein eigener Zündkreis vorgesehenO Dem Steliverstärker
ist ein stetiger Regler vorgeschaltet, dessen Ausgangsspannung im, Eingang des Stellverstärkers
mit einer aus dem Verbraucherstrom abgeleiteten Spannung verglichen wird. Ist die
Reglerausgangespannung größer als die aus dem Verbraucherstrom abgeleitete Spannung,
erzeugt ein Transistor-Kippglied Impulse einer Frequenz, die höher als die Frequenz
der Versorgungsspannung ist. Diese Impulse werden den Zündkreisen zugeführt und
dabei so umgeformt, daß sie als Zündimpulsefür die antiparallel geschalteten Thyristoren
dienen. Die Thyristoren erhalten während der Dauer einer Halbwelle der Versorgungewechselspannung
mehrere Zündimpulse.
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Nachteilig ist hierbei, daß für die Versorgung des Transistor-Kippgliedes
und der Verstärkerschaltung eine zusätzliche Gleichspannungsquelle
benötigt
wird, die Netztransformator, Gleichrichter, Glättungs- und Stabilisierungsmittel
enthält. Außerdem werden bei dem bekannten Stellverstärker zwar Impulsgruppen geschaltet,
diese sind jedoch nicht aus vollen Perioden der Versorgungswechselspannung zusammengesetzt.
Auch ist es nachteilig, daß das Einschalten eines LeistungsFaketes unabhängig von
der Größe der gerade an den Thyristoren anliegenden Spannung geschieht, also ein
undefinierter Phasenanschnitt vorgenommen wird.
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Aus diesem Grund ist die Anzahl der positiven Halbwellen eines Leistungspaketes
nicht zwangsläufig gleich der Anzahl der negativen Halbwellen und es entsteht ein
Gleichstromanteil, der eine schädliche Vormagnetisierung des Versorgungstransformators
bewirken kann.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung soll die Nachteile der bekannten
Anordnungen vermeiden und durch eine möglichst geringe Verlustleistung einen einfachen
und raumsparenden (räumlich gedrängten) Aufbau der gesamten Schaltungsanordnung
ermöglichen. Insbesondere soll die Gleichstromvormagnetisierung des Versorgungstransformators
und die Blindstromentnahme aus dem Versorgungsnetz so klein wie möglich gehalten
werden.
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Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur kontaktlosen
Steuerung der Leistung von Wechselspannungsverbrauchern,
insbeQondere
von elektrischen Heizungen, mittdls Impulsgruppensteuerung, bei der die Ausgangsleistung
proportional der Eingangssteuerspannung ist, mit einem bidirektionalen Thyristor,
in dessen Zündkreis die Reihenschaltung eines bidirektionalen Triggerelementes und
eines Kondensators liegt und das bidirektionale Triggerelement einendefinierten
Zündimpuls für die Thyristoren abgibt, wenn die am Kondensator anliegende Spannung
die Durchbruchspannung des bidirektionalen Triggerelementes überschreitet, und besteht
darin, daß parallel zu dem Kondensator eine Begrenzungsschaltung liegt, welche in
Abhängigkeit von einem Steuersignal entweder die Spannung am Kondensator auf einen
Wert unterhalb der Durchbruchspannung des bidirektionalen Triggerelementea begrenzt
oder aber Unwirksam ist.
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In einer vorteilhaften Auegestaltung der Erfindung besteht die Begrenzungsschaltung
aus zwei Reihenschaltungen, die h Jeweils einen Transistor und eine Diode in Durchlaßrichtung
enthalten. Diese beiden Reihenschaltungen sind antiparallel geschaltet, wobei die
eine Reihenschaltung während der positiven Halbwelle und die andere Reihenschaltung
während der negativen Halbwelle wirksam ist. Das Entstehen eines für den Versorgungetransformator
schädlichen Gleichstromanteils wird dadurch vermieden, daß das Eingangssignal für
den einen Transistor (Steuertransistor) frei wählbar ist, während das Eingangssignal
für den anderen Transistor (Polgetrans1ator) aus dem Spannung
abfall
über dem Verbraucher abgeleitet laut. Eine durch den Stevertransistor verursachte
Zündung der einen Halbwelle bewirkt eine Zündung der darauffolgenden Halbwelle entgegengesetzter
Polarität. Die Rlindleistungsentnshme aus dem Netz sowie die Oberwellenbelastung
des Netzes wird dadurch verringert, daß ein Netzwerk vorgesehen ist, das aus der
am Thyristor anliegenden Spannung eine Verriegelungsspannung ableitet und dem Steuertransistor
zuführt, wodurch eine Zündung der gesteuerten Halbwelle nur in dem Bereich zwischen
8° und 20° nach dem Nulldurchgang der Versorgungsspannung möglich wird. Es ist vorteilhaft,
eine Rückführungsschaltung vorzusehen, die einen Gleichrichter enthält, der den
Spannungsabfall am Verbraucher gleichrichtet und ein verzdgerndes Netzwerk, das
den Mittelwert dieser gleichgerichteten Spannung bildet, der einer Summationsschaltung
im Verstärkereingang zugeführt ist, welche die Differenz aus dem Rückführstrom und
dem Eingangsstrom bildet. Nach einer weiteren Ausbildung der b Erfindung ist die
Zeitkonstante des verzögernden Netzwerkes in der Rückführung mindestens 50 mal so
groß wie die Periodendauer der Wechsel spannung. Diese Maßnahme bewirkt eine Verbesserung
der tinearität zwischen der Eingangssteuerspannung und der im Verbraucher umgesetzten
Leistung. Um zwischen der Versorgungswechselspannung und der Eingangssteuerspannung
eine Potentialtrennung zu erreichen, ist im Eingang der Schaltungsanordnung ein
passiver Gleicbspannungswandler vorgesehen. leiterhin kann sur Verringerung der
Verlustleistung der Schaltungsanordnung
der Ladewiderstand für
den Kondensator durch die Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes
ersetzt und dem Steuertransistor ein weiterer Transistor in Emitterschaltung vorgesohaltet
werden, dessen Emitter mit dem Emitter des Steuertransistors und dessen Kollektor
über einen ersten Widerstand mit der Basis des Steuertransistors und über einen
zweiten Widerstand mit dem Kollektor des Steuertransistors verbunden ist. In einer
bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist aufgrund der verringerten Verlustleistung
der Schaltungsanordnung die gesamte Schaltungsanordnung auf dem Kühlkörper für den
bidirektionalen Thyristor befestigt.
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Die räumliche Anordnung der einzelnen Bauteile ist dabei so getroffen,
daß kein Bauteil über die äußeren Be6renzungsflächen des Kühlkörpers hinausragt.
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An Hand der Figuren werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben. Ee zeigt: g Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungeanordnung
mit angeschlossenem Verbraucher, Fig. 2 eine Darstellung des Bereiches innerhalb
dessen die Zündung der positiven Halbwelle möglich ist an Hand eines Liniendiagramme
der Versorgungswechselspannung, Pig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsemäßen
Schaltungsanordnung mit angeschlossenem Verbraucher, die eine höhere Eingangsempfindlichkeit
und eins geringere Verlustleistung als das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besitzt,
Fig.
4 die Schaltung zweier anti parallel geschalteter Thyristoren als Ersatz für einen
bidirektionalen Thyristor, Fig. 5 die Schaltung eines bekannten passiven Gleichspannungawandlers
zur Trennung der Potentiale von Eingangssteuerspannung und Versorgungswechselspannung,
Fig. 6 den räumlichen Aufbau der gesamten Schaltungsanordnung und Fig. 7 den Spannungsverlauf
am Verbraucher für verschiedene Werte des Stellgrads.
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An den Klemmen 1 und 2 in Fig. 1 wird die Versorgungswechselspannung
zugeführt. Zwischen diesen Klemmen liegt die Reihenschaltung des Verbrauchers 3
und des bidirektionalen Thyristors 4. In dem Thyristorzündkreis liegt die Reihenschaltung
der Zweiwegschaltdiode 5 und des Kondensators 6. Der Kondensator 6 wird über den
Widerstand 7 aufgeladen. Uberschreitet die Span- w nung am Kondensator 6 die Durchbruchspannung
der Zweiwegschalt,-diode 5, so wird dem bidirektionalen Thyristor 4 ein definierter
Zündimpuls zugeführt und es kann ein Strom durch den Verbraucher 3 fließen. Der
Widerstand 7 ist kleiner als der Blindwiaerstand des Kondensators 6.
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Die Bauelemente dieser Teilschaltung sind so dimensioniert, daß bei
einem elektrischen Winkel von ungefähr 8° nach dem Nulldurchgang Jeder Halbwelle
der bidirektionale Thyristor 4
gezündet werden kann. Durch die
noch zu beschreibende Begrenzungsschaltung ist es möglich, den Spannungsabfall sn
dem Kondensator 6 auf einen Wert zu begrenzen, der unterhalb der Durchbruchspannung
der Zweiwegschaltdiode 5 liegt und somit eine Zündung des bidirektionalen Thyristors
4 zu verhindern.
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In den folgenden Ausführungen wird die Halbwelle, in der das Potential
der Klemme 2 positiv gegenüber dem Potential der Klemme 1 18t9 als "positive Halbwelle"
und die Halbwelle, in der das Potential der Klemme 2 negativ gegenüber dem Potential
der Klemme 1 ist, als "negative Halbwelle" bezeichnet. Ist der Steuertransistor
8 während der positiven Halbwelle leitend, so begrenzt die Reihenschaltung des Steuertransistors
8 und der Diode 9 die Spannung am Kondensator 6 auf einen Wert, der sich aus der
Summe der Diodendurchlaßspannung und der Kollektor-Emitterspannung des Steuertransistora
8 zusammensetzt und der unterhalb der Durchbruchspannung der Zweiwegschaltdiode
5 liegt. Ist der Steuertransistor 8 während der positiven Halbwelle gesperrt, so
ist die Begrenzungsschaltung nicht wirksam und der Kondensator 6 kann sich auf die
zur Zündung des bidirektionalen Thyristors 4 erforderliche Spannung aufladen. Die
Reihenschaltung aus dem Folgetransistor 10 und der Diode 11 arbeitet während der
negativen Halbwelle analog der Reihenschaltung aus dem Steuertransistor 8 und der
Diode 9. Ist der Folgetransistor 10
leitend1 wird die Spannung
an dem Kondensator 6 begrenzt, ist der Folgetransistor 10 gesperrt, kann sich der
Kondensator 6 auf die zur Zündung des bidirektionalen Thyristors erforderliche Spannung
aufladen.
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Ist der Steuertransistor 8 zu Beginn der positiven Halbwelle aufgrund.
seines Eingangssignals gesperrt, kann sich der Kondensator 6 auf die Durchbruchspannung
der Zweiwegschaltdiodo 5 aufladen und diese gibt ihrerseits einen definierten Zündimpuls
an den bidirektionalen Thyristor 4.
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Während der positiven Halbwelle fließt dann ein Strom durch den Verbraucher
3. Gleichzeitig wird der Kondensator 12 über den Widerstand 13 und die Diode 14
auf eine solche Spannung aufgeladen, daß in der folgenden negativen Halbwelle der
Polgetransistor 10 sperrt. Dadurch kann sich der Kondensator 6 auch während der
negativen Halbwelle auf die Durchbruchspannung der Zweiwegschaltdiode 5 aufladen
und diese liefert einen definierten Zündiapuls an den bidirektionalen Thyristor
4. Das bedeutet, daß während der negativen Halbwelle nur dann Strom durch den Verbraucher
3 fließt, wenn auch in der vorhergehenden positiven Halbwelle Strom durch den Verbraucher
3 geflossen ist.
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Ist der Steuertransistor 8 Jedoch aufgrund seines Eingangssignale
zu Beginn der positiven Halbwelle leitend, so wird die Spannung u Kondensator 6
begrenzt. Der bidirektionale
Thyristor 4 erhält keinen Zündimpuls
und es fließt deshalb während der positiven Halbwelle kein Strom durch den Verbraucher
3. Aus diesem Grund wird auch der Kondensator 12 nicht aufgeladen und der Folgetransistor
10' ist deshalb während der negativen Halbwelle leitend. Das bedeutet, daß auch
während der negativen Halbwelle kein Strom durch den Verbraucher 3 fließen kann.
Der Widerstand 17 dient einerseits zum Schutz des Folge transistors 10, andererseits
bewirkt er zusammen mit dem Widerstand 16, daß der Folgetransistor 10 während der
negativen Halbwelle übersteuert wird, wenn seiner Basis kein zusätzliches Signal
zugeführt wird. Die Begrenzungsechaltung für die negative Halbwelle arbeitet als
freilaufende Begrenzungsschaltung, den Wirkung durch ein Steuersignal aufgehoben
wird.
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Parallel zu dem Verbraucher 3 liegt die Reihenschaltung der Diode
18 und des Widerstandes 19. Das verzögernde Netzwerk aus den Widerständen 20 und
21 sowie dem Kondensator 22 bildet den Mittelwert der während der negativen Halbwelle
am Verbraucher 3 abgefallenen Spannung. Die Zeitkonstante des verzögernden Netzwerkes
ist 50 mal größer als die Periodendauer der Versorgungswechselspannung. Dadurch
wird die Linearität zwischen der Eingangseteuerspannung und der im Verbraucher 3
umgesetzten Leistung verbessert. Die am Widerstand 19 abfallende pulsierende Gleichepannung
wird genügend geglättet, gleichzeitig ist der Einfluß des verzögernden Netzwerke
auf
das Zeitverhalten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
doch vernachlässigbar klein, so daß sie im wesentlichen ein P-Verhalten aufweist.
Der Basis des Steuertransistors 8 wird die vorzeichenbewertete Summe des Eingangsstromes
ie, des Rückführstromes r und eines Verriegelungsetromes iv zugeführt. Die Wirkung
des Verriegelungsstromes iv wird weiter unten beschrieben. Zwischen der negativen
Eingangeklemme und der Basis des Steuertransistors 8 liegt der Widerstand 23. Zur
Erläuterung der Wirkungsweise der gesamten Schaltungsanordnung sei zunächst angenommen,
daß der Verriegelungsstrom iv vernachlässigbar klein sei. Ist unter dieser Voraussetzung
der Eingangsstrom i e größer als der Rückführstrom ir, so ist der Steuertransistor
8 gesperrt. Das bedeutet, daß der bidirektionale Thyristor 4 zu Beginn der positiven
Halbwelle gezündet wird und daß über die Folgesteuerung des Folge transistors 10
auch die negative Halbwelle gezündet wird. Damit vergrößert sich aber auch der Rückführstrom
i ir, der ein Maß für die im Verbraucher umgesetzte Leistung ist, und die Differenz
zwischen dea Eingangsstrom ie und dem Rückführstrom ir verringert sich.
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Ist zu Beginn der nächsten positiven Halbwelle der Eingangsstrom e
immer noch größer als der Rückführstrom ir, so wird der bidirektionale Thyristor
zu Beginn der positiven Halbwelle wieder gezündet und durch die Folgesteuerung gleichfalle
zu Beginn der darauffolgenden negativen Halbwelle. Hat der Rückführstrom r zu Beginn
der nächsten positiven Halbwelle die Größe des Eingangsstromes i e erreicht, so
wird
der Steuertransistor 8 in den leitenden Zustand gesteuert.
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Die Spannung über dem Kondensator 6 wird begrenzt und damit kann dem
bidirektionalen Thyristor 4 während der positiven und auch während der darauffolgenden
negativen Halbwelle kein Zündimpuls zugeführt werden.
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Uber den Widerstand 24 wird der Basis des Steuertransistors 8 dann
noch zusätzlich der Verriegelungastrom iv zugeführt.
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Der Widerstand 24 ist so dimensioniert, daß der Einfluß des Verriegelungestromes
iv bis zu einem elektrischen Winkel von 200 bezogen auf den Nulldurchgang der positiven
Halbwelle bei der vorzeichenbewerteten Summation der Ströme ie, ir und iv vernachlässigbar
klein ist. Eine Zündung des bidirektionalen Thyristors 4 ist deshalb nur bis zu
einem Winkel von 200 möglich. Danach ist der Verriegelungsstrom iv 50 groß, daß
er unabhängig von der Größe der Differenz aus dem Rückführstrom ir und dem Eingangsstrom
ie den Steuertransistor 8 leitend steuert. Die Zündung eines Leistung paketes, das
mindestens aus einer positiven und aus einer negativen Halbwelle besteht, ist also
nur während eines elektrischen Winkels von etwa 80 bis 200 nach dem Nulldurchgang
der positiven Halbwelle möglich. Dieser Bereich ist in Fig. 2 in einem Liniendiagramm
der Versorgungsechselspannung schraffiert dargestellt. Durch das Einführen des Verriegelungsstromes
iv arbeitet der Stellverstärker als Null spannungsschalter, da die größte am bidirektionalen
Thyristor 4 vorkommende
Schaltspannung nur etwa 1/3 des Scheitelwertes
der Vereorgungswechselspannung beträgt. Während der negativen Halbwelle begrenzt
die Diode 25 die Basis-Emitterspannung des Steuertransistors 8 auf die Diodendurchlaßspannung.
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Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß sie keine zusätzliche
Gleichspannungsversorgung benötigt, eondern daß die Arbeitsspannungen auf einfache
Weise aus der Versorgungewechselepannung abgeleitet werden. Weiterhin hat die Schaltung
den Vorteil, daß der Stellverstärker als Nullspannungsschalter arbeitet und damit
die Nachteile der hat senanschnittsteuerung vermeidet. Durch die Verbindung der
iwangaläufigen Steuerung des Folgetransistors 10 mit der Wirkungsweise als Nullepannungaschalter
ist die Gleichstrommagnetisierung des Versorgungstransformators auf einen vernachlässigbaren
Wert verringert worden. Durch die Rückführung der Verbraucherspannung ist gewährleistet,
daß für 100 ffi der Eingangssteuerspannung der Stellgrand 100 % beträgt, solange
die Leistung des Verbrauchers größer als 2 % der durch die Wahl des bidirektionalen
Thyristors festgelegten zulässigen Vorbraucherlelstung ist.
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Pig. 3 zeigt ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung mit angeschlossenei Verbraucher. Bei dieser Schaltungsanordnung
tritt eine
geringere Verlustleistung als bei der Schaltungsanordnung
nach Fig. 1 auf. Gleichzeitig besitzt diese Schaltung einen größeren Eingangswiderstand
als die Schaltung nach Fig. 1.
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In der Fig. 3 sind die Bauelemente, die mit denen der Fig. 1 übereinstimmen,
mit denselben Bezugszeichen vereehen. Der Widerstand 7 wurde durch die Reihenschaltung
des Kondensators 7' und eines im Verhältnis zum Widerstand 7 kleinen Widerstandes
7', ersetzt. Die im Widerstand 7" umgesetzte Verlustleistung ist geringer als die
im Widerstand 7 umgesetzte Verlustleistung. Solange die Begrenzungsechaltungen aus
den Transistoren 8 und 10 und den Dioden 9 und 11 unwirksam sind, wirkt das Netzwerk
aus den Kondensatoren 6 und 7' und den Widerständen 7" und 26 im wesentlichen die
kapazitiver Spannungsteiler. Dieser Spannungsteiler ist so ausgeleßt, daß die Schaltungsanordnung
ohne die Begrenzungsschaltung den bidirektionalen Thyristor 4 bei einem-elektrischen
Winkel von etwa 8° nach dem Nulldurchgang jeder Halbwelle der Versorgungswechselspannung
zündet. Der Widerstand 26 dient zur Entladung der Kondensatoren 6 und 7'. Ist der
Transistor 28-leitend, wird der Verriegelungsstrom iv der Basis des Steuertransistors
8 über den Widerstand 24, die Diode 27, den Widerstand 29 und die Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors 28 zugeführt. Der Transistor 28 erhält seine Arbeitsspannung über
den Widerstand 30. Ist der Transistor 28 während der ersten 200 der positiven Halbwelle
leitend, so ist der Steuertransistor 8 gesperrt und der bidirektionale
Thyristor
4 erhält einen Zündimpule. Ist der Transistor 28 während der ersten 200 der positiven
Halbwelle gesperrt oder aber sind mehr als 200 elektrisch nach dem Nulldurchgang
der positiven Halbwelle vergangen, 80 ist der Steuertransistor 8 leitend und es
wird eine Zündung des bidirektionalen Thyristors 4 verhindert. Die Dioden 25 und
31 dienen zur Spannungsbegrenzung wahrend der negativen Halbwelle. Das Netzwerk
aus der Diode 27 und dem Widerstand 32 bewirkt eine Nullpur.ktkorrektur der Kennlinie,
die die Abhängigkeit des Stellgrades bzw. der mittleren im Verbraucher umgesetzten
Leistung von der Eingangssteuerspannung darstellt.
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Wegen des Ersatzes des Widerstandes 7 durch die Reihenschaltung des
Kondensators 7' und des Widerstandes 7" beginnt sich der Kondensator 6 bereits während
der negativen Halbwelle mit dem Beginn der positiven änderung der Veraorgungswechsel
spannung nach der Zeit auf eine positive Spannung auf- + zuladen. Durch die Reihenschaltung
der Widerstände 29 und 30 wird die Begrenzungsschaltung aus dem Steuertransistor
8 und der Diode 9 auch während der negativen Halbwelle der Versorgungswechselspannung
wirksam und vermeidet so eine unbeabsichtigte Zündung des bidirektionalen Thyristors
4 in der zweiten Hälfte der negativen Halbwelle.
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Zur Kompensation des geringen D-Verhaltens, das durch das yerzögernde
Netzwerk 20, 21, 22 in der Rückführung verursacht
wird, dient das
aus den Widerständen 23 und 33 sowie dem Kondensator 34 bestehende RC-Netzwerk im
Eingangskreis.
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Ist der Eingangsetrom e größer als der Rückfuhrstrom ir, so wird der
bidirektionale Thyristor 4 gezündet und es fließt durch den Verbraucher 3 ein Strom,
der den Rückführstrom ir solange vergrößert, bie der Rückführstrom gleich dem Eingangsstrom
ist. Die Zündung des Thyristors 4 wird dann solange verhindert, bis der Rückführstrom
ir den Eingangsstrom e wieder unterschreitet. Wie in der Schaltungaanordnung nach
der Fig. 1 werden Jeweils nur volle Perioden gezündet.
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Fig. 7 zeigt den Spannungsverlauf am Verbraucher für verschiedene
Werte des Stellgrades. Bei einen Stellgrad von 0 % fließt kein Strom durch den Verbraucher
und bei einem Stellgrad von 100 % fließt während jeder Periode der Versorgungswechselspannung
Strom durch den Verbraucher. Bei den in Fig. 7 % gezeigten Liniendiagrammen sind
10 Periodn der Versorgungswechselspannung als Zeitbasis gewählt worden. Entspricht
die Eingangssteuerspannung einem anderen Stellgrad als den in der Fig. 7 gezeigten
Beispielen, so stellt sich die Zeitbasis zwangeläufig auf eine andere Anzahl von
Perioden der Versorgungswechselspannung ein Fig. 4 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung
mit zwei antiparallel geschalteten Thyristoren 35 und 3, , deren Steuerelektroden
über den Übertrager 37 und die Dioden 38 und 39
an eine gemeinsame
Steuerelektrode 40 geführt sind. Der bidirektionale Thyristor 4 in den Figuren 1
und 3 kann durch die in Fig. 4 gezeigte Schaltungsanordnung ersetzt werden. Durch
diese Kunstschaltung ist es möglich, antiparallel geschaltete Thyristoren durch
die ZUndimpulse einer Zweiwegschaltdiode zu zünden.
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Um eine Potentialtrennung zwischen der Versorgungsspannung und der
Eingangssteuerspannung zu erreichen, wird den Schaltungsanordnungen nach Fig. 1
und Fig. 3 ein passiver Gleichspannungswandler vorgeschaltet. In Fig. 5 ist ein
unter dem Namen Flußwandler bekannter passiver Gleichspannungsw'andler gezeigt.
Die Eingangssteuerspannung wird den Klonen 41 und 42 des Plußwandlers zugeführt.
An die Klemmen 43 und 44 wird die Schaltungsanordnung nach Fig.1 oder Fig. 3 angeschlossen.
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aufgrund der nur geringen Verlustleistung (insbesondere im Hinblick
auf die Schaltung der Fig. 3) und der geringen Anzahl von Bauelementen ist es möglich,
die beschriebene Schaltungsanordnung auf einer einzigen Isolierstoffplatte anzuordnen,
die ihrerseits zweckmäßigerweise so in dem freien Raum eines Kühlkörpers mit H-förmigem
Querschnitt für den bidirektioüalen Thyristor 4 befestigt ist, daß kein Bauteil
über die äußeren Begrenzungsflächen des Kühlkörpers hinausragt. Fig. 6 zeigt den
räumlichen Aufbau. In dem oberen
freien Raum des Kühlkörpers 45
befinden eich die Anschlußklemmen 46 und 47 für die Eingangssteuerspannung, die
Anschlußklemmen 1 und 2 für die Versorgungswechselspannung und die Anschlußklemmen
1 und 48 für den Verbraucher 5.
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Der bidirektionale Thyristor 4 ist in den Kühlkörper 45 eingepreßt.
In dem unteren freien Raum des Kühlkörpers 45 ist die Isolierstoffplatte 49 mit
der elektronischen Schaltung.befestigt. Da kein Gehäuse für die Schaltungsanordnung
erforderlich ist, kann die Verlustwärme gut von dem Kühlkörper abgeführt werden.