DE1948257C3

DE1948257C3 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung eines Zündimpulses mit einer hohen steilen Spitze und einem Impulsrücken

Info

Publication number: DE1948257C3
Application number: DE19691948257
Authority: DE
Inventors: Alfons Dipl.-Ing. 1000 Berlin Schraeder
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-09-19
Filing date: 1969-09-19
Publication date: 1976-01-08
Also published as: SE363445B; DE1948257B2; DE1948257A1; CH522328A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur ^;1| Erzeugung eines Zündimpulses mit einer hohen steilen ^i Spitze und einem Impulsrücken zur Zündung eines |i steuerbaren Stromrichterventils mit einer Zündspan- ':':$ nungsquelle, an der in Reihe zu einem elektronischen Ä Schaltelement die Primärwicklung eines Impulsibertra- W gers liegt, dessen Sekundärwicklung der Steuerstrecke ' des steuerbaren Stromrichterventils parallel geschaltet ^ ist Eine derartige Einrichtung ist bekannt (BBC-Nachrichten, März 1968, S. 125,126).

Für die Zündung von Thyristoren werden Zündimpulse mit einer möglichst großen Steilheit und Höhe verlangt. Das gilt besonders für die Reihen- oder Parallelschaltung von Thyristoren. Bei der Reihenschaltung ist ein gleichzeitiges Zünden der Thyristoren erforderlich, damit der zuletzt gezündete Thyristor nicht mit Überspannung beansprucht wird. Bei der Parallelschaltung darf der zuerst gezündete Thyristor nicht strommäßig überlastet werden. Nach dem Zünden der Thyristoren soll außerdem die Zündbereitschaft noch einige 100 Mikrosekundsn erhalten bleiben, weil die Thyristoren durch Stromschwingungen leicht verlöschen können. In der Praxis werden daher Zündimpulse verwendet, wie sie in F i g. 1 der Zeichnung dargestellt sind. Zündimpulse mit dieser Impulsform können auf verschiedene Weise erzeugt werden. In den F i g. 2 und 3 sind zwei bekannte Schaltungen dargestellt (Siemens-Zeitschrift, März 1965, S. 187, Bild 4). Bei der Schaltung nach F i g. 2 wird beim Anlegen der Spannungsquelle 1 und beim Aufsteuern des Transistors 2, der als Schalttransistor betrieben wird, im ersten Augenblick die gesamte Spannung über den Kondensator 4 an den Impulsübertrager 5 gelegt. Die volle auf die Sekundärseite des Übertragers 5 transformierte Spannung wird über die Diode 6 an die Steuerstrecke des Thyristors 7 geschaltet. Nach der Aufladung des Kondensators 4 wird der Strom durch den Widerstand 3 begrenzt, so daß dann dem Thyristor 7 nur noch der Impulsrückenstrom zugeführt wird. Der wesentliche Nachteil dieser Schaltung ist der schlechte Wirkungsgrad. Der größte Teil der Leistung wird im Widerstand 3 umgesetzt. Die Zündspannungsquelle 1 muß sehr leistungsstark sein. In F i g. 3 ist eine andere bekannte Schaltung mit besserem Wirkungsgrad dargestellt. Beim Aufsteuern des Transistors 2 wird der vorher über die Zündspannungsquelle 1 und den Impulsübertrager 5 aufgeladene Kondensator 9 auf die Primärwicklung eines zweiten Übertragers 8 geschaltet, der die Spannung über die Diode 10 auf den Thyristor 7 schaltet. Da der über den zweiten Übertrager 8 übertragene Impuls sehr schmal ist und daher nur eine geringe Spannungszeitfläche erforderlich ist, genügen wenige Windungen auf dem Übertrager 8, so daß bei der geringen Übertragerstreuung die Übertragung eines steilen Impulses möglich ist. Der Impulsrücken wird über den Übertrager 5 und die Diode 6 übertragen. Dem Thyristor 7 wird also die Summe der übertragenen Ströme zugeführt. Der Wirkungsgrad dieser Anordnung ist relativ gut. Der Nachteil dieser Schaltung ist aber die Notwendigkeit eines zweiten Übertragers. Ein weiterer Nachteil der beiden bekannten Schaltungen ist die Notwendigkeit, besondere Mittel für die Abmagnetisierung der Übertrager vorzusehen. Dazu werden im allgemeinen entweder Zenerdioden oder Widerstände mit Dioden in Reihe parallel zu den Übertragern geschaltet (BBC-Nachrichten, März 1968, S. 125; DT-AS 12 79 197). Die in der Zenerdiode oder im Widerstand umgesetzte Leistung liegt bei etwa 10% der Impulsleistung, ist also recht beachtlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Erzeugung von Zündimpulsen der obengenannten Art anzugeben, mit denen die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden werden. Dies wird mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, <iaß mit dem Sperren des elektronischen Schaltelement:, die Abmagneüsierungsenergie des Impulsüber ragers auf einen kapazitiven Energiespeicher übertragen und zur Erzeugung der hohen steilen Spitze des nächsten Zündimpulses herangezogen wird. Eine Ausführungsfonn der e;findungsgemäfein Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zündspannungsquelle und der Primärwicklung des Impulsübertragers eine in Durchlaßrichtung gepolte erste Diode angeordnet ist, welcher einerseits ein erster Kondensator und andererseits eine Reihenschaltung, bestehend aus einer Impedanz und einem zweiten Kondensator mit einer im Vergleich zum ersten Kondensator großen Kapazität, parallel geschaltet ist, wobei der zweite Kondensator -iber die erste Diode und eine zweite Diode in der Weise mit der Primärwicklung des Impulsübertragers verbunden ist, daß er durch den Abmagnetisierungsstrom des Impulsübertragers aufgeladen wird.

An Hand der F i g. 4 und 5 der Zeichnung seien zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

In F i g. 4 sind eine Zündspannungsquelle 1, ein elektronisches Schaltelement 2, hier ein Schalttransistor, und die Primärwicklung eines Impulsübertragers 5 in Reihe geschaltet. Die Sekundärwicklung des Übertragers 5 ist über eine Diode 6 mit der Steuerstrecke eines steuerbaren Stromrichterventils 7, hier eines Thyristors, verbunden. Der Thyristor 7 ist Teil einer nicht weiter dargestellten beliebigen Stromrichterschaltung. Zwischen der Zündspannungsquelle 1 und der Primärwicklung des Übertragers 5 ist eine erste in Durchlaßrichtung gepolte Diode 15 angeordnet. Dieser ersten Diode 15 ist einerseits ein erster Kondensator 11 und andererseits eine Reihenschaltung aus einer Impedanz 12 und einem zweiten Kondensator 14 parallel geschaltet. Der zweite Kondensator 14 ist über die erste Diode 15 und eine zweite Diode 13 in der Weise mit der Primärwicklung des Impulsübertragers 5 verbunden, daß für die eine Stromrichtung ein geschlossener Stromkreis entsteht. Durch gestrichelte Darstellung ist angedeutet, daß gegebenenfalls parallel zum zweiten Kondensator 14 eine Zenerdiode 16, bzw. ein entsprechendes spannungsbegrenzendes Bauelement, oder eine zusätzliche Spannungsquelle 17 geringer Leistung parallel geschaltet sein kann.

In F i g. 5 ist eine Anordnung zur Erzeugung von zwei Zündimpulsen pro Periode dargestellt. Zwei Zündimpulse pro Periode werden für zweipulsige Stromrichterschaltungen benötigt. Entsprechend sind für p-pulsige Stromrichterschaltungen p-ZündimpuIse pro Periode erforderlich. Prinzipiell stimmt die in F i g. 5 gezeigte Anordnung mit der in F i g. 4 dargestellten Anordnung überein. Wegen der zu erzeugenden zwei Impulse pro Periode sind nunmehr jedoch jeweils zwei Transistoren 22,21, Impulsübertrager 51,52, erste Dioden 151, 152, erste Kondensatoren 111, 112, Impedanzen 121, 122 und zweite Dioden 131, 132 vorhanden. Die übrigen Elemente der Schaltung bleiben unverändert. In entsprechender Weise ist auch eine Anordnung zur Erzeugung von p-lmpulsen pro Periode aufzubauen.

Die Funktionsweise der in Fig.4 dargestellten Anordnung ist folgende.

Es sei zunächst angenommen, daß die Kondensatoren 11,14 mit der eingezeichneten Polarität aufgeladen sind. Die Spannung dieser Kondensatoren sei beispielsweise um den Faktor 3 großer als die Spannung der Zündspannungsquelle 1. Die Diode 15 ist dann also gesperrt. Beim Durchschauen des Transistors ? wird über die Leitung 18 die Summe der Spannungen von 1 und 11 an den Übertrager 5 gelegt. Diese hohe Spannung erzeugt einen entsprechend steilen und hohen Zündimpuls für den Thyristor 7. Durch die Wahl der Kapazität des Kondensators 11 kann die Impulsbreite beispielsweise zu etwa 10 bis 30 ^s bestimmt werden. Nach der Entladung des Kondensators 11 wird die Diode 15 leitend, so daß die Spannungsquelle 1 die Stromlieferung für den Impulsrücken übernimmt. Die dann noch am zweiten Kondensator 14, der eine im Vergleich zum ersten Kondensator 11 große Kapazität besitzt, liegende Spannung wird an die Impedanz 12 gelegt. Nach dem Sperren des Transistors 2 wird die Abmagnetisierungsenergie des Impulsübertragers 5 erfindungsgemäß auf den zweiten Kondensator (4 übertragen. Das geschieht in der Weise, daß der Übertrager 5 über die zweite Diode 13, den zweiten Kondensator 14 und die erste Diode 15 abmagnetisiert und damit den Kondensator 14 auflädt. Die Energie des Impulsübertragers 5 wird dabei nahezu verlustlos an den Kondensator 14 abgegeben. Die am zweiten Kondensator 14 anstehende Spannung wird über die Impedanz 12 auf den ersten Kondensator 11 geschaltet. Die Impedanz 12 kann relativ hochohmig sein, da die Kapazität des aufzuladenden Kondensators 11 klein ist und die Zeit für die Aufladung zwischen dem Ende des Impulses und dem Beginn des folgenden Impulses relativ groß ist. Die Impedanz kann wahlweise aus einer Drossel oder einem ohmschen Widerstand bestehen. Beim Einsatz einer Drossel ist in Reihe mit der Drossel eine Diode zu schalten, um Stromschwingungen zu vermeiden. Da die Verlustleistung im Widerstand sehr gering ist, empfiehlt sich dessen Einsatz aus Platz- und Preisgründen. Bei reichlich zur Verfügung stehender Abmagnetisierungsenergie kann ein spannungsbegrenzendes Element, wie z. B. eine Zenerdiode, parallel zum zweiten Kondensator vorgesehen werden. Falls die Magnetisierungsenergie jedoch nicht ausreichend ist oder schon bei dem ersten Impuls nach dem Einschalten der Anlage ein steiler und hoher Impuls verlangt wird, kann parallel zum zweiten Kondensator 14 eine zusätzliche Spannungsquelle 17 geschaltet werden. Die Leistung dieser Spannungsquelle kann im Vergleich zur Zündspannungsquelle sehr niedrig sein. Die Zenerdiode 16 kann dabei fortgelassen werden.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht also im wesentlichen darauf, daß die Magnetisierungsenergie, die der Übertrager während der Impulsdauer aus der Zündspannungsquelle 1 bezogen hat, an die Kondensatoren 11 und 14 abgegeben wird, wo sie wiederum für die Erzeugung der Irvipulsspitze zur Verfügung steht. Der Wirkungsgrad der Anordnung ist folglich sehr gut.

Bei der Parallel- oder Reihenschaltung mehrerer Thyristoren sind gegebenenfalls mehrere parallele Impulsübertrager notwendig. Dabei ändert sich am Prinzip der Schaltung nichts.

Die in F i g. 5 dargestellte Anordnung arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie die Anordnung nach Fig.4, nur daß an Stelle eines einzigen Transistors nunmehr zwei Transistoren im Rhythmus der zu erzeugenden Zündimpulse leitend gemacht werden. Die dazu erfor-

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derlichen auf die Basis der Transistoren wirkenden Steuer- oder Regeleinrichtungen sind nicht besonders dargestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

2 501

Claims

Patentansprüche: 1948

1. Einrichtung zur Erzeugung eines Zündimpulses mit einer hohen steilen Spitze und einem lmpulsrük- s ken zur Zündung eines steuerbaren Stromrichterventils, mit einer Zündspannungsquelle, an der in Reihe zu einem elektronischen Schaltelement die Primärwicklung eines Impulsübertragers liegt, dessen Sekundärwicklung der Steuerstrecke des steuerbaren Stromrichterventils parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit Sperren des elektronischen Schaltelementes (2) die Abmagnetisierungsenergie des Impulsübertragers (5) auf einen kapazitiven Energiespeicher (11, 14) übertragen und zur Erzeugung der hohen, steilen Spitze des nächsten Zündimpulses herangezogen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne», daß zwischen der Zündspannungsquelle (1) und der Primärwicklung des Impulsübertragers (5) eine in Durchlaßrichtung gepolte erste Diode (15) angeordnet ist, welcher einerseits ein erster Kondensator (11) und andererseits eine Reihenschaltung, bestehend aus einer Impedanz (12) und einem zweiten Kondensator (i4) mit einer im Vergleich zum ersten Kondensator (U) großen Kapazität, parallel geschaltet ist und daß der zweite Kondensator (14) über die erste Diode (15) und eine zweite Diode (13) in der Weise mit der Primärwicklung des Impulsübertragers (5) verbunden ist, daß er durch den Abmagnetisierungsstrom des Impulsübertragers (5) aufgeladen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz aus einem ohmschen Widerstand (12) besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz aus einer Drosselspule besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drosselspule eine Diode in Reihe geschaltet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Kondensator (14) ein spannungsbegrenzendes Element, insbesondere eine Zenerdiode (16), parallel geschaltet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Kondensator (14) eine Zusatzspannungsquelle (17) parallel geschaltet ist, deren Leistung im Vergleich zur Leistung der Zündspannungsquelle (1) gering ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Paralleloder Reihenschaltung von mehreren steuerbaren Stromrichterventilen gegebenenfalls mehrere Impulsübertrager primärseitig parallel geschaltet sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mehrpulsigen Stromrichteranordnung jeweils eine der Pulszahl entsprechende Anzahl von elektronischen Schaltelementen (21,22), Impulsübertragern (51,52), ersten Dioden (151, 152), ersten Kondensatoren (111, 112), zweiten Dioden (131, 132) und Impedanzen (121,122), jedoch jeweils nur eine, allen gemeinsame Zündspannungsquelle (1) und ein, allen gemeinsamer zweiter Kondensator (14) vorgesehen

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