DE1801404B2

DE1801404B2 - Schaltungsanordnung zur kontaktlosen steuerung der leistung von wechselspannungsverbrauchern

Info

Publication number: DE1801404B2
Application number: DE19681801404
Authority: DE
Inventors: Dieter Willms Franz 6000 Frankfurt Metzner
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1968-10-05
Filing date: 1968-10-05
Publication date: 1972-02-10
Also published as: DE1801404A1

Description

Die Erfindung bezieh*, sich auf eine Schaltungsanordnung zur kontaktlosen Steuerung der Leistung von Wechselspannungsverbrauchern durch Thyristoren mittels Impulsgruppensteuerung, insbesondere für elektrische Heizungen, bei der jeweils vollständige

so Sinusschwingungen der Versorgungswechselspannung an den Verbraucher geliefert werden, die erste Halbwelle jeder Impulsgruppe dieselbe Polarität aufweist und aus dem Spannungsabfall, den diese Halbwelle am Verbraucher verursacht, ein Zündimpuls für die darauffolgende Halbwelle der entgegengesetzten Polarität abgeleitet wird.

Bei einer Impulsgruppensteuerung erstrecken sich die Zeiträume, in rinnen im Verbraucuer Leistung umgesetzt bzw. nicht umgesetzt wird, über Vielfache

der Periodendauer der Versorgungsspannung. Es wechseln sich also Leistungspakete und Pausen ab. Da Impulsgruppenschaltungen Leistungspakete schalten, deren Dauer ein Vielfaches der Periodendauer der Wechselspannung ist, ist die Schaltfrequenz der Leistung immer geringer als bei einer Phasenanschnittsteuerung, bei der die Frequenz der Leistung das Doppelte der Frequenz der Versorgungswechselspannung beträgt. Schaltungsanordnungen nach dem Prinzip der Phasenanschnittsteuerung haben aber den

Nachteil, daß durch den unter Umständen starken Phasenanschnitt steile Flanken, Funkstörungen und erhebliche Blindströme entstehen und den Oberwellengehalt der Netzspannung erhöhen. Diese Nachteile einer Phasenanschnittsteuerung werden durch

*5 die Impiilsgruppensteuerung nur dann beseitigt, wenn in der Nähe des Spannungsnulldurchganges geschaltet wird und mindestens eine volle Periode der Wechselspannung (positive und negative Halhwellc) die kleinste Impulsgruppe bildet.

So /.wei Thyristorschaltungen mit antiparallel geschalteten Thyristoren und mit Jmpulsgruppensteuerung sind in der Zeitschrift »Elektronik". 1968. S. MI, beschrieben. Bei der einen Tlmisiorstcuerschaltung bestimmt das von der Größe zweier Widerstände abhängige Tastverhältnis eines nstahilcn Multi vibrators, dessen F-'requcn/ im wesentlichen konstant und niedriger als die der Versorgungswechsclspannung ist. die Größe der im Verbraucher umgesetzten Leistung. Da die Dauer eines I.ciMungspaketcs b/vv

öd einer Pause immer ein Vielfaches der Periodendauer der Versorgungswcchselspannung ist und die Periodendaucr der Rechteckschwingung des astabilen Multivibrators konstant ist, kann die umgesetzte Leistung nicht stufenlos verstelll werden. Die Anzahl der

<>:; Perioden der Versorgungswechsclspannung, die in die Dauer einer Rechteckschwingung des astabilen Multivibrators fällt, ist deshalb ein Maß für die Feinstufigkeit der Letstungseinstellung. Die andere Thy-

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risiorscluiUung betriin einen TempeniUirregelkreis, sondere Fig, 4, ist eine Schaltungsanordnung zur bei dem die beiden aiHipurallelgeschalteten Thyristo- kontaktlosen Steuerung der Leistung von Wechselren eigene Ziindkreise besitzen und über einen spannungsverbrauchern mittels eines bidirektionalen Ciegentaktzündimpulsübertrager gesteuert werden, Thyristors mit nur einer Steuerelektrode für die ZUn-Uberschreitet der Widerstundswert eines als Tempe- 5 dung der positiven und negativen Halbwelle bekannt, raturliihler dienenden NTC-Widerstandes einen vor- In dem Zündkreis des bidirektionalen Thyristors liegt bestimmten Wert, so werden die antiparallelgeschal- die Reihenschaltung eines Kondensators und oini'-s toten Thyristoren phasenrichtig gezündet; unter- bidirektionalen Triggerelementes, das einen definierschreitet u;r Wideistandswert jedoch den vorbe- ten Zündimpuls an die Steuerelektrode des bidirekstimmten Wert, so werden keine Zündimpulse für die io tionalen Thyristors abgibt, wenn die am Kondeu-Thyristoren geliefert. Bei dieser Thyristorschallung sator anliegende Spannung die Durchbruchspannung ist nicht dafür gesorgt; daß die Leistungspakete je- des bidirektionalen Triggerelementes überschreitet, weils aus ganzen Perioden der Versorgungswechsel- Parallel zu diesem Kondensator ist eine Begrenspannung bestehen, so daß durch den Gleichstrom- zungsschaltung aus vier Dioden in Brückenschallung anteil eine störende Vormagnetisierung des Versor- 15 und einem Transistor in einer der Brückendiagonalen gungstransformators entstehen kann. angeordnet, die in Abhängigkeit von der Höhe der

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingangssteuerspannung entweder die Spannung am

.Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu Kondensator auf einen Wert unterhalb der Durch-

schafTen, die mit der für jeden Stellgrad zwischen bruchspannung des bidirek'onalen Triggerelementes

0 und H)O⁰Zo jeweils höchsten möglichen Schalt- 20 begrenzt oder aber unwirksam ist. Diese Vcröffent-

frequenz arbeitet, eine stetige Verstel'ung des Stell- lichung behandelt den Aufbau von Schaltungsanord-

grades zuläßt und keine elektromechanischen Bau- nungen zum Steuern der an Wechselspannungsver-

clemente enthält. Weiterhin soll der Stellgrad linear braucher abgegebenen Leistung mittels Impulsgrup-

von einer Eingangssteuerspannung abhängig sein. p-n im allgemeinen. Da jedoch die Wirkung der Be-

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Scha!- 25 grenzungsschaltung zu jedem beliebigen Zeitpunkt tungsanordnung der eingangs genannten Art da- aufgehoben werden kann, können — wie bei einer durch, daß als Leistungsschalter ein bidirektionaler Phasenanschnittsteuerung — steile Spannungsflanken Thyristor mit nur einer Steuerelektrode für die Zün- entstehen, die für Funkstörungen verantwortlich dung der positiven und negativen Haibwellen dient, sind. Handelt es sich um kurze Impulsgruppen, die daß in dessen Zündkreis die Reihenschaltung eines 30 nur aus wenigen Halbwellen bestehen, so treten Kondensators und eines bidirektionalen Trigger- auch bei ohmschen Verbrauchern Blindströme auf. clementes liegt, das einen definierten Zündimpuls an Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltungsdie Steuerelektrode des bidirektionalen Thyristors anordnung besteht darin, daß sie sowohl für positive abgibt, wenn die am Kondensator anliegende Span- als auch für negative Halbwellen wirksam ist. Da innig die Durchbruchspannung des bidirektionalen 35 die Anzahl der positiven Halbwellen im allgemeinen Triggerclementes überschreitet, daß dem Konden- ungleich derjenigen der negativen Halbwellen ist, sator über ein Netzwerk die Versorgungswechsel- kann durch den auf diese Weise entstehenden spannung zugeführt ist, daß parallel zu dem Kon- Gleichstromanteil eine störende Vormagnetisierung densator als Begrenzungsschaltung zwei antiparallel- des Versorgungskondensators entstehen, die um so geschaltete Reihenscfnltungen mit jeweils einem 40 größer ist, je kürzer die Impulsgruppen sind.
Transistor und einer Diode in Durchlaßrichtung gc- Weiterhin ist aus der Fig. 2 der deutschen Ausschaltet sind, von denen die eine Reihenschaltung legeschrift 1058 615 eine Schaltungsanordnung, bei während der positiven Halbwelle und die andere der zwei Reihenschaltungen aus je einem Transistor Reihenschaltung während der negativen Halbwelle und einer Diode in Durchlaßrichtung antiparallel gederart wirksam ist, daß in Abhängigkeit von den 45 schaltet sind, an sich bekannt. Bei dieser Schaltungsden Basisanschlüssen der Transistoren zugeführten anordnung handelt es sich aber nicht um eine Span-Steuersignalen entweder die Spannung am Konden- nungsbegrenzungsschaltung für Steuersignale, son-Kator auf einen Wert unterhalb der Durchbruch- dem um amiparallelgeschaltete Lastschalter, die in spannung des bidirektionalen Triggerclementes be- Reihe mit der Versorgungsquelle und dem Verbraujgrenzt wird oder die Transistoren unwirksam sind. 50 eher liegen.

daß ein weiteres Netzwerk vorgesehen ist. das aus Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die

der am bidirektionalen Thyristor anliegenden Span- Zeiikonstant'; des verzögernden Netzwerkes in der

tiung einen Verriegelungsstrom ableitet, welcher die Rückführung mindestens 50mal so groß wie die

Zündung der gesteuerten Halbwelle nur im Bereich Periodendauer der Wechselspannung. Diese Maß-

V.wischcn H und 20" nach dem Nulldurchgang der 55 nähme bewirkt eine Verbesserung der Linearität

Vcrsorpungswcclisclspannung gestattet, und daß eine zwischen der Eingangssteuerspannung und der im

Rückführschaltung mit einem Gleichrichter und Verbraucher umgesetzten Leistung,

einem verzögernden Netzwerk vorgesehen ist, das In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der

den Mittelwert der gleichgerichteten Verbraucher- Erfindung besteht zur Verringerung der Verlustspannung bildet und einen diesem proportionalen ^6o leistung der Schaltungsanordnung das Netzwerk,

Rückführstrom abgibt, Her zusammen mit einem aus über das deu: Kondensator die Versorgungswechsel-

cincr Eingangsstcuerspannung gewonnenen Strom spannung zugeführt ist, aus der Reihenschaltung

und dem Verriegejungsstrom das Steuersignal für eines Kondensators und eines Widerstandes; dem

den einen (ersten) Transistor der Begrenzungsschal- ersten Transistor ist ein weiterer Transistor in Emittung bildet, während das Steuersignal für den andc- ⁶5 terschaltung vorgeschaltet, dessen Emitter mit dem

ren (zweiten) Transistor aus dem Spannungsabfall Emitter des ersten Transistors und dessen Kollektor

über dem Verbraucher abgeleitet ist. über einen ersten Widerstand mit der Basis und über

Aus der britischen Patentschrift 1 120 637. insbe- einen zweiten Widerstand mit dem Kollektor des

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ersten Transistors verbunden ist. Auf Grund der sistor 8 während der positiven Halbwelle gesperrt, so

verringerten Verlustleistung dieser Schaltungsanord- ist die Begrenzungsschaltung nicht wirksam, und der

nung kann die gesamte Schaltungsanordnung ohne Kondensator 6 kann sich auf die zur Zündung des

ein zusätzliches Gehäuse direkt auf dem Kühlkörper bidirektionalen Thyristors 4 erforderliche Spannung

für den bidirektionalen Thyristor befestigt werden. 5 aufladen. Die Reihenschaltung aus dem Transistor

An Hand der Figuren werden zwei Ausführungs- 10 und der Diode 11 arbeitet während der negativen

beispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigt Halbwelle analog der Reihenschaltung aus dem

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsge- Transistor 8 und der Diode 9. Ist der Transistor 10

mäßen Schaltungsanordnung mit angeschlossenem leitend, wird die Spannung an dem Kondensator 6

Verbraucher, i° begrenzt, ist der Transistor 10 gesperrt, kann sich der F i g. 2 eine Darstellung des Bereiches, innerhalb Kondensator 6 auf die zur Zündung des bidirektio-

dessen die Zündung der positiven Halbwelle mög- nalen Thyristors erforderliche Spannung aufladen,

lieh ist, an Hand eines Liniendiagramms der Versor- Ist der Transistor 8 zu Beginn der positiven HaIb-

gungswechselspannung, welle auf Grund seines Eingangssignals gesperrt,

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin- 15 kann sich der Kondensator 6 auf die Durchbruchdungsgemäßen Schaltungsanordnung mit angeschlos- spannung der Zweiwegeschaltdiode 5 aufladen, und senem Verbraucher, die eine höhere Eingangsemp- diese gibt ihrerseits einen definierten Zündimpuls an findlichkeit und eine geringere Verlustleistung als das den bidirektionalen Thyristor 4. Während der posi-Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 besitzt, tiven Halbwelle fließt dann ein Strom durch den Ver-

F i g. 4 die Schaltung zweier antiparallelgeschalte- 20 braucher 3. Gleichzeitig wird der Kondensator 12

ter Thyristoren als Ersatz für einen bidirektionalen über den Widerstand 13 und die Diode 14 auf eine

Thyristor, solche Spannung aufgeladen, daß in der folgenden Fig. 5 die Schaltung eines bekannten passiven negativen Halbwelle der Transistor 10 sperrt. Da- Gleichspannungswandlers zur Trennung der Poten- durch kann sich der Kondensator 6 auch während

tiale von Eingangssteuerspannung und Versorgungs- 25 der negativen Halbwelle auf die Durchbruchspan-

wechselspannune, nung der Zweiwegeschaltdiode 5 aufladen, und diese

Fig. 6 den Räumlichen Aufbau der gesamten liefert einen definierten Zündimpuls an den bidirek- Schaltungsanordnung und tionalen Thyristor 4. Das bedeutet, daß während der

F i g. 7 den Spannungsverlauf am Verbraucher für negativen Halbwelle nur dann Strom durch den Ververschiedene Werte des Stellgrads. 30 braucher 3 fließt, wenn auch in der vorhergehenden

An den Klemmen 1 und 2 in F i g. 1 wird die Ver- positiven Halbwelle Strom durch den Verbraucher 3

sorguneswechselspaniiung zugeführt. Zwischen die- geflossen ist.

sen Kfemmen liegt die"Reihenschaltung des Ver- Ist der Transistors jedoch auf Grund seines Einbrauchers3 und des bidirektionalen Thyristors 4. In gangssignals 711 Beginn der positiven Halbwelle leidem Thyristorzündkreis liegt die Reihenschaltung 35 tend, so wird die Spannung am Kondensator 6 beder Zweiwegeschaltdiode 5 und des Kondensators 6". grenzt. De: bidirektionale Thyristor 4 erhält keinen Der Kondensator 6 wird über den Widerstand 7 auf- Zündimpuls, und es fließt deshalb während der pogeladen. Überschreitet die Spannung am Konden- sitiven Halbwelle kein Strom durch den Verbrausator 6 die Durchbruchspannung der Zweiwece- eher 3. Aus diesem Grund wird auch der Kondenschaltdiode 5. so wird dem bidirektionalen Thyri- 40 sator 12 nicht aufgeladen, und der Transistor 10 ist stör4 ein definierter Zündimpuis zugeführt, und es deshalb während der negativen Halbwelle leitend, kann ein Strom durch den Verbraucher 3 fließen. Das bedeutet, daß auch während der negativen HaIb-Der Widerstand 7 ist kleiner als der Blindwiderstand welle kein Strom durch den Verbraucher 3 fließen des Kondensators 6. kann. Der Widerstand 17 dient einerseits zum Schutz

Die Bauelemente dieser Teilschaltung sind so di- 45 des Transistors 10, andererseits bewirkt er zusammen

mensionicrt. daß bei einem elektrischen Winkel von mit dem Widerstand 16. daß der Transistor 10 wäh-

unsefähr 8 nach dem Nulldurchgang jeder Halb- rend der negativen Halbwelle übersteuert wird, wenn

welle der bidirektionale Thyristor 4 gezündet werden seiner Basis kein zusätzliches Signal zugeführt fvird.

kann. Durch die noch zu beschreibende Begren- Die Beürerminesschaltung für die negative HaIb-

/unasschallung ist es möglich, den Spannungsabfall 50 welle arbeitet als frei laufende Begreir/tingsschaltung.

π η dem Kondensator 6 auf einen Wert zu begrenzen. deren Wirkung durch ein Steuersignal aufgehoben

der unterhalb der Durchbruchspannung der Zwei- wird.

wcücschaltdiodc 5 licet und somit eine Zündung des Parallel >:u dem Verbraucher 3 liegt die Reihenbidirektionalen Thyristors 4 zu verhindern. schaltung der Diode 18 und des W !Üersiandes !'·>.

Tn den folgenden Ausführungen wird die Halb- 55 Das verzögernde Netzwerk aus den Widerstanden 20 welle, in der das Potential der Klemme 2 positiv und 21 sowie dem Kondensator 22 bildet den Mheenenübcr dem Potential der Klemme 1 ist. als :>po- telwert der während der negativen Hnlbwcl'c am ■-itive Halbwelten und die Halbwelle, in der das Po- Verbraucher 3 abgefallenen Spannung. Die Zeitkonien'ial der Klemme 2 neaativ gegenüber dem Poten- staute des verzögernden Netzwerkes ist 50mal größer tial der Klemme 1 ist. als »ncaative Halbwolle^ bc- 60 als die Periodendauer der Vcrsorgungswechselspa'v /eicnncL. lsi der Transistors wahrend der positiven ining. Dadurch wird die Linearität zwischen dcrEir·- Hiilbwclle leitend, so begrenzt die Reihenschaltung gangssteuersj.annung und der im Verbraucher 3 imides Transistors 8 und der Diode 9 die Spannung am gesetzten Leistung verbessert. Die am Widerstand 1^l> Kondensator 6 auf einen Wert, der sich aus der abfallende pubicrcnde Gleichspannung wird genü-Summc der Diodendurchlaßspannung und der Koi- 65 gend geglättet, gleichzeitig ist der Einfluß des verlektor-Emittcr-Spanniin!: des Transistors 8 zusam- zögernden Netzwerkes auf das Zeilvcrhalten der ermeiT-em und der unterhalb der Durchbruchspan- finduivisgemäßen Schaltungsanordnung doch vernuna der Zweiweaeschaltdiodc 5 liegt. Ist der Tran- nachlässigbar klein, so daß sie im wesentlichen ein

P-Verhalten aufweist. Der Basis des Transistors 8 F i g. 1 auf. Gleichzeitig besitzt diese Schaltung einen

Eingangsklemme und der durch die Reihenschaltung des Kondensators? und

KrcDem K bedemS d»h * iidirekTi™.le Netzwerk aus den Kondensoren 6 und T und den Kor 8 gesperrl. u»s oedem^e1· ™. „ _lbwdle „. Widersländen 7" und 26 im wesentlichen als kapazi-Thynslor4 zu Beginn der P°»«™J' ™ „ ™* J,„ „ _tiveF Spannungsteiler. Dieser Spannungsteiler M so

33£fc SSSSSSS

Thyristor zu Beginn der positiven Halbwelle Bezündet und duich die Folgpsteuewn Beginn der darauffolgenden "fg^ ^ ^

Hat der Rückführstrom i_r zu Beginn der nächsten

positiven Halbwelle die °™£ J^^S". mes/, erreicht so wird f^er transistor Binden Ie^

tenden Zustand gesteuert. Die Spannung über dm Kondensator 6 wird begrenzt, und damit kann dem bidirektionalen Thyristor 4 wahrend der posi ven und auch während der darauffolgenden negativen Halbwelle kein Zündimpuls: züge uhrt weiden.

über den Widerstand 24 wird der Bas« des SteuertransistorsSdannnochZusaUlchderVerrit

gelungsstrom I₁. zugeführt. .^r Wider^s«^anJ^{24 1S}; ^. dimensioniert, daß der Einfluß des Vennegelungs stromes/\. bis zu einem elektrischen Winkel vor,1/u . bezogen auf den Nulldurchgang der positiven Halbwelle, bei der vorzeichenbewerteten Sunimatjon^er Ströme i_r. i, und /,. vernachlassigbar klein ist. Eine Zündung des bidirektionalen Thyristors 4 ist deshalb nur bis zu einem Winkel von fjffig·»™* ist der Vernegelungsstrom/ so groß, dab er unarj hängig von der Größe der Differenz aus dem Ruck führstrom i_r und dem Eingangsstrom 1 de:i Steuertransistors leitend steuert. Die Zündung eine Lei stunaspakctes. das mindestens aus einer posinyn uncfaiis einer negativen Halbwelle besteht, .se also nur während eines elektrischen Winkels von etwa S bis 20- nach dem Nulldurchgang der positiven Halbwelle möalich. Dieser Bereich ist in 1 1 g. -einem Linicndiaeramm der Versorgungswcchselspannun» schraffiert dargestellt. Durch das Einfuhren des Vcrricaclungsstromcs/, arbeitet der Stellvcrstdrk».r als Nullspannunesschalter. da die größte am bidirektionalcn Thyristor 4 vorkommende Schaltspannung nur etwa > ,'des Schcitchvcrtcs der Versorgungswcch-

_...,_ ,._r ν-ϊί· W^b^nd der negativen Halb-

welle begrenzt die Diode 25 die B^as'^s.-^E.^mi"^cr-^^a"" nung des- Steuertransistors 8 auf die Diodendurchlaß-

spannung. . _f..,

Fig.3 zeigt ein weiteres vortcUhaftes Ausjfuj rungsbeispiel der erfmdungsgemaßen Schaltung.-anordnung mit angeschlossenem Verftrauentr. d

S^ nach

H^e^7

^"lektor-Emitter-Strecke des Transistors 28 zugea₅ KoIkto^mrtterSt ^ ^ _A J_n.

tun Widerstand 30. Ist der Transistor 218

nung ud positiven Halbwelle lei-

Tend so i« der Transistor S gesperrt, und der bi- ^ _Thyristor 4 erhält einen Zündimpuls. Ist

>_{g %i;ährend der ersten 20 der p0S1}.

ue ^i _{oder bef sind mchr als 2n}

«^ven ™^D *, ^ _{Nulldurchgang} der positiven veroUen. so ist der Transistors leitend. JS«^ Se Zündung des bidirektionalen TInun _verhindert_ _{Die Dioden} 25 und 31 dienen

Spannungsbegrenzung während der negativen _Halbwelle. Das Neuwerk aus der Dioii- 27 und dem _stand _n _{bewirkt dne Nullpunkt}korrektur der Abhängigkeit des Stellgrades bzw. - j Verbraucher umgesetzten Leistung ^ ™ _annung d_arstellt.

Widerstandes 7 durch die Kondensators T und des Wi-S£_r ^„„, _sich der Kondensator 6 bereits _{d d ne2}ativen Halbwelle mit dem Beginn J*"« X_{nderung der} Versorgungswechsel-

_{h der Zeit auf ein}e positive Spann· :g _{Durch die} Reihenschaltung der Widcr-. Bcsrenzungsschaltung aus r 8 und der Diode 9 auch wälv _HaIbwcllc der Vc^.-üiinpswcch- ^^_no\_Knk^_m _und vermeidet so eine unbcab- \\_c\t\\«\_c 7ü"dun* des bidirektionalen Thvristors 4 ir

"iten'HälfTc der negativen Halbwelle. 5. ^ _{Kom cnsation} des bringen D-Verhaltens, da:

- _vcr7tf«,_Crnde Netzwerk 20. 21. 22 in de

jurch da u ⁷^ _{wj d dicm} ^ ._ms ^

Ruck uhη η ^ ^ ^ ^^ ^ K.Muk-nsa.o, 3-

-¹³J _R^_{Nctzwcrk im} Fincansskrcis. Is. do stcnui. /\<- ..„ ,. ,.,. ,-,l·. .,.V.··.,... . .

ina'l*l^aSStroni I 'TfI-¹CI ai> tn.i isiiLMdilntiuni /.. μ

lX£ bidirektionale Thvrisior 4 ue/ünd.i. u,u! >· rn^_dtr^M^ _Verbrauci,_cr 3 _cin' _Suom. _{ιΙιΊ lK}.

üri-führstrom i_r so lange vergroik-ri. bis ili-i Riuk ™ ^' leich dem Hingan^„„_m is,. Du- /ün _{TWristors 4 Nvi},._d\_{hllln slH;mi},₍. ,,,,,,,,,,,

^ ^ Rückführstrom /, den Ι·ίηι·:ιιΐ!ϊ^ΐι.>ηι / u„ der unterschreite,. Wie in de, Sci;

I i iO MJ .- . 1 I

nach der Fig. 1 werden jeweils nur volle Perioden gezündet.

Fig. 7 zeigt den Spannungsverlauf am Verbraucher für verschiedene Werte des Stellgrades. Bei einem Stellgrad von 0% fließt kein Strom durch den Verbraucher, und bei einem Stellgrad von 100 °/r fließt während jeder Periode der Versorgungswechselspannung Strom durch den Verbraucher. Bei den in F i g. 7 gezeigten Liniendiagrammen sind zehn Perioden der Versorgungswechselspaniiung als Zeitbasis gewählt worden. Entspricht die Eingangssteuerspannung einem anderen Stellgrad als den in der F i g. 7 gezeigten Beispielen, so stellt sich die Zeitbasis zwangläufig auf eine andere Anzahl von Perioden der Versorgungswechselspannung ein.

Fig. 4 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung mit zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren 35 und 36, deren Steuerelektroden über den Übertrager 37 und die Dioden 38 und 39 an eine gemeinsame Steuerelektrode 40 geführt sind. Der aus einer einzigen Halbleitertriode bestehende bidirektionale Thyristor 4 in den Fig. 1 und 3 kann durch die in Fig. 4 gezeigte Schaltungsanordnung eines aus zwei jeweils nur in einer Richtung leitfähigen Thyristoren gebildeten bidirektionalen Thyristor ersetzt werden. Durch diese Kunstschaltung ist es möglich, antiparallelgeschaltete Thyristoren durch die Zündimpulse einer Zweiwegeschaltdiode zu zünden.

Um eine Potentialtrennung zwischen der Versorgungsspannung und eier Eingangssteuerspannung zu erreichen, wird den Schaltungsanordnungen nach F i g. 1 und 3 < 'n passiver Gleichspannungswandler vorgeschaltet. In Fig. 5 ist ein unter dem Namen Flußwandler bekannter passiver Gleichspannungswandler gezeigt. Die Eingangssteuerspannung wird den Klemmen 41 und 42 des Flußwandlers zugeführt. An die Klemmen 43 und 44 wird die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 oder 3 angeschlossen.
Auf Grund der nur geringen Verlustleistung (insbesondere im Hinblick auf die Schaltung der F i g. 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

t5 eines Kühlkörpers mit H-förmigem Querschnitt für den bidirektionalen Thyristor 4 befestigt ist, daß kein Bauteil über die äußeren Begrenzungsflächen des Kühlkörpers hinausragt. F i g. 6 zeigt den räumlichen Aufbau. In dem oberen freien Raum des

ao Kühlkörpers 45 befinden sich die Anschlußklemmen 46 und 47 für die Eingangssteuerspannung, die Anschlußklemmen 1 und 2 für die Versorgungswechselspannung und die Anschlußklemmen 1 und 48 füi den Verbraucher 3. Der bidiiektionale Thyristor 4

j* 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 derr

go Kühlkörper abgeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur kontaktlosen Steuerung der Leistung von Wechselspannungsverbraucl.ern durch Thyristoren mittels Impulseruppensteuerung, bei der jeweils vollständige Sinusschwingungen der Versorgungswechselspanllung an den Verbraucher geliefert werden, die erste Haibvvelle jeder .Impulsgruppe dieselbe Polarität aufweist und aus dem Spannungsabfall, den diese Halbwelle am Verbraucher verursacht,, ein Zündimpuls für die darauffolgende Halbwelle der entgegengesetzten Polarität abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Leistungsschalter ein bidirektionaler Thyristor (4) mit nur einer Steuerelektrode für die Zündung der positiven und negativen Halbwellen dient, daß in dessen Zündkreis die Reihenschaltung eines Kondensators (6) und eines bidirektionalen Triggerelementes (5) liegt, das einen definierten Zündimpuls an die Steuerelektrode des bidirektionalen Thyristors (4) abgibt, wenn die am Kondensator (6) anliegende Spannung die Durchbruchspannung des bidirektionalen Triggerciementes (5) überschreitet, daß dem Kondensator (6) über ein Netzwerk (7, 7', 7") die Versorgungswechselspannung zugeführt ist, daß parallel -cu dem Kondensator (6) als Begrenzungsschaltung zwei antiparallelgeschaltete Reihenschaltungen mit jeweils einem Transistor (8, 10) und einer Diode (9, 11) in Durchlaßrich">ng geschaltet sind, von denen die eine Reihenschaltung (8, 9) während der positiven Halbwelle und die andere Reihenschaltung (10, 11) während dei negativen H ilbwelle derart wirksam ist, daß in Abhängigkeil von den den Basisanschlüssen der Transistoren (8, 10) zugeführten Steuersignalen entweder die Spannung am Kondensator (6) auf einen Wert unterhalb der Durchbruchspannung des bidirektionalen Triggerciementes (5) begrenzt wird oder die Transistoren unwirksam sind, daß ein weiteres Netzwerk (24, 24, 27, 28. 29) vorgesehen ist, das aus der am bidirektionalen Thyristor (4) anliegenden Spannung einen Verriegclungsstrom (/,.) ableitet, welcher (die Zündung der gesteuerten Halbwelle nur im Bereich zwischen 8 und 20 nach dem NuII-tlurchgnng der Versorgungswechsclspannung gestattet, und daß eine Rückführschaltung mit einem Gleichrichter (18) und einem verzögernden Netzwerk (20 bis 22) vorgesehen ist, das den Mittelwert der gleichgerichteten Verbraucher Spannung bildet und einen diesem proportionalen Rüekführstrom (/,) abgibt, der zusammen fnit einem aus einer F-lingangsslcucrspunnung gewonnenen Strom (/,.) und dem Verriegeliinj>>-strom (/,.) das Steuersignal für den einen (ersten) Tran listor (8) der Bcgrcn/ungsscliallung (8 bis 11) HiI-iet. während das Steuersignal für den andean (zweiten) Transistor (10) aus dem Spannungsabfall über dem Verbraucher (3) abgeleitet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des verzögernden Netzwerkes (20 bis 22) mindestens 5()maf so groß wie die Periodendauer der Wechselspannung ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk, über dös dem Küiiiiensuiur (w) die Versurgungswechselspannung zugeführt ist, aus der Reihenschaltung eines Kondensators (7') und eines Widerstandes (7") besteht, dem ersten Transistor (8) ein weiterer Transistor (28) in Emitterschaltung vorgeschaltet ist, desserj Emitter mit dem Emitter des ersten Transistors (8) und dessen Kollektor über einen ersten Widerstand (29) mit. der Basis und über einen zweiten Widerstand (30) mit dem Kollektor des ersten Transistors (8) verbunden ist.