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Anordnung zum Gleichrichten einer pulsförmigen Wechselspannung Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Gleichrichten einer pulsförmigen Wechselspannung,
insbesondere zur Speisung der Gitterstrece von Stromrichterventilen, mit einem Übertrager,
an dessen Primärseite die pulsförmige Wechselspannung liegt und dessen Sekundärseite
mit einem Gleichrichter verbunden ist.
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Als Zündimpuls für Stromrichterventile sind in vielen Anwendungsfällen,
beispielsweise bei induktiver Belastung des Schaltkreises sehr lange, möglichst
lückenlose Impulse vorzusehen, mit denen die Stromrichterventile potentialfrei anzusteuern
sind. Solche Zündimpulse sind mit einem Übertrager bei einem Ummagnetisierungsvorgang
nicht zu erhalten.
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Bekannt ist beispielsweise aus dem USA-Patent 3 379 899 eine Anordnung
zur Steuerung eines Stromrichterventils, bei der die Primärseite eines Übertragers
mit pulsförmigem Wechselstrom gespeist wird, der auf der Sekundärseite des Übertragere
gleichgerichtet wird. Mit der Gleichspannung wird ein Thyristor angesteuert. Die
Form des Steuerimpulses ist durch einen im Steuerkreis des Thyristors angeordneten
Transistor bestimmt.
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Eine lückfreie Gleichspannung als Steuerimpuls läßt sich mit dieser
Arlordnung nicht realisieren.
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Es besteht die Aufgabe, eine Anordnung der eingangs genannten Art
so auszubilden, daß auch bei pulsförmiger Wechselspannung mit kurzen Impulsen und
größeren Bücken an der
Primärseite des Übertragers oder bei einem
Übertrager, der nur kurze Spannungsimpulse übertragen kann, ein weitgehend lückfreier
Gleichstrom zu erhalten ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Reihe mit
der Sekundärwicklung des Übertragers eine Kapazität angeordnet ist. Es kann für
den Übertrager eine Eisenbemeoung gewählt sein, mit der Sättigung des Eisens wenigstens
an der Rückflanke jedes an der Primärseite anliegenden Impulses der Wechselspannung
erreichbar ist.
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Der im erfindungsgemäßen Gleichrichter angeordnete Kondensator entlädt
sich nach Abklingen jedes Primärimpulses, also wShrend der Impulslücken, wieder
über den Übertrager. Die Impulslücken werden dabei teilweise ausgefüllt. Bei dieser
Entladung des Kondensators wird das Eisen des Übertragers in der gleichen Richtung
wie die vor dem Abklingen des Primärimpulses weiter magnetisiert. Bei der angegebenen
Bemessung des Eisens des Übertragere setzt es diesem Magnetisierungsvorgang den
geringsteg Widerstand entgegen, da es gesättigt ist.
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Vorzugsweise ist der Reihenschaltung Von Kapazität und Sekundärwicklung
des Übertragers eine Induktivität parallel geschaltet. Die Resonanzfrequenz des
aus der Kapazität und der Induktivität gebildeten Serienschwingkreises kann angenähert
der Pulsfolgefrequenz der Wechselspannung sein.
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Mit Hilfe des aus Kapazität und Induktivität gebildeten SC-Gliedes
wird die Ausfüllung der Impulslücken weiter verbessert. Insbesondere bei Abstimmung
des SC-Gliedes auf Resonanz mit der Eingangsfrequenz erhält man einen weitgehend
lückenlosen Gleichstrom. Außerdem wird durch das SC-Glied die Anstiegsgeschwindigkeit
des Steuerimpulses in der Gitterstrecke
des Stromrichterventils
äußerst wenig beeinflußt. Anzuführten ist noch ein weiterer Vorteil des SC-Gliedes.
Der Kondensator des SC-Gliedes wirkt ausgleichend auf den Strom im Lastkreis des
Gleichrichters und hält diesen nahezu konstant, auch wenn der Widerstand des iiastkreises
sich verändert. So wurde bei einer Widerstandsänderung yen 1: 6,6 im Lastkreis nur
eine Stromänderung von 1: 1,5 erhalten. Ein mit dem erfindungsgemäßen SC-Kreis'
ausgerüsteter Gleichrichter ist daher zur Erzielung von Stromkonstanz in Lastkreisen
mit veränderlichem Widerstand gut geeignet, beispielsweise kann er zur Stabilisierung
von Lichtbogen eingesetzt werden. Besonders geeignet ist dieser Gleichrichter zur
Speisung der Gitterstrecken mehrerer Stromrichterventile, diewie beispielsweise
bei der Parallel- und/oder Serienschaltung von Stromrichterventilen parallel von
einer gemeinsamen Spannungsquelle versorgt werden sollen. Da der Widerstand der
Gitterstrecken von Stromrichterventilen stark streut, waren bisher bei Parallel-
oder Serienschaltungen von Stromrichterventilen in den Gitterkreisen Anpassungswiderstände
vorzusehen. Bei verbesserter Stromkonstanz sind die Wirkerluste-in den Widerständen
mit der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Anordnung beispielhaft anhand
der Figuren 1 bis 5 naher erläutert. In den Fig. sind identische Teile mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Gleichrichters.
Die Sekundärwicklung 1a eines Übertragers 1 ist an einen Gleichrichter 2 angeschlossen,
zu dem ungesteuerte Strom richterventile 3, beispielsweise Dioden in Brückenschaltung
zusammengefaßt sind. In Reihe mit der Sekundärwicklung ia des Übertragers 1 ist
eine Kapazität 4 geschaltet. Im Lastkreis 5
des Gleichrichters 2
ist die Gitterstrecke eines steuerbaren Stromrichterventils 6 angeordnet, das beispielsejse
ein Thyristor sein kann. Der Lastkreis des Thyristors ist in Pig. 1, wie auch in
den übrigen Figuren nicht dargestellt, um die Übersichtlichkeit zu wahren.
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Wird an die Klemmen 7 der Primärwicklung ib des Übertragers 1 eine
pulsförmige Wechselspannung U angelegt, wie sie in Fig. 2 gegen die Zeit aufgetragen
ist, so erhält man, falls der Kondensator 4 nicht vorhanden ist, einen gleichgerichteten
Strom, der große Impulslücken aufweist. Unabhängig von der Form der Wechselspannung,
die an die Klemmen 7 gelegt ist, erhält man einen gleichgerichteten Strom mit großen
Impulslücken, wenn der Transformator 1 nur kurze Spannungsimpulse übertragen kann.
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Mit dem Kondensator 4 werden die Lücken im gleichgerichteten Strom
wenigstens teilweise ausgefüllt. Der Kondensator 4 entlädt sich nach dem Abklingen
jedes Primärimpulses, also in den Pausen wieder über den Übertrager 1. Dabei wird
auch Energie in den Lastkreis 5 des Gleichrichters 2 abgegeben und die Impulslücken
des gleichgerichteten Stromes zum Teil ausgeglichen. Es ist günstig, das Eisen 1c
des übertragers 1 so zu bemessen, daß es gerade zur Übertragung eines Primärimpulses
ausreicht, d.h. das Eisen des Übertragers soll so bemessen sein, daß es an der Rückflanke
jedes Primärimpulses gerade gesättigt ist. Das Eisen des Übertragers 1 wird bei
der Entladung des Kondensators 4 in der gleichen Richtung wie während der Übertragung
des Primärimpulses weiter magnetisiert. Falls es bei der Entladung des Kondensators
bereits gesättigt ist, eetzt es diesem Magnetisierungsvorgang den geringsten Widerstand
entgegen. Auch ein Eisen 1c des Ubertragers 1 mit gesicherter Kennlinie setzt dem
Stromfluß während der Entladung des Kondensators 4 nur wenig Widerstand entgegen.
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Die Pig. 3 zeigt eine Erweiterung der in Fig. 1 dargestellten Schaltung.
Der Reihenschaltung von Sekundärwicklung 1a und Kondensator 4 ist eine Induktivität
8 parallel geschaltet, die somit zwischen den Wechselspannungsanschlüssen der Gleichrichterbrücke
2 liegt. Mit diesem SC-Glied 4,8 wird, die Lückfreiheit des gleichgerichteten Stromes
weiter verbessert.
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Sind insbesondere die Kapazität 4 und die Induktivität 8 so bemessen,
daß die Resonanzfrequenz des aus ihnen gebildeten Serienechwingkreises mit der Pulsfolgefrequenz
der an den Klemmen 7 liegenden Wechselspannung übereinstimmt, so liegt am Wechselspannungseingang
des Gleichrichters 2 unabhängig von der Form der Primärspannung eine sinusähnliche
Wechselspannung. Dabei ist es ebenfalls günstig, das Eisen i des Übertragers 1 entsprechend
der Vorschrift zu bemessen, die im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde.
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Eine weitere Ergänzung des erfindungsgeßen Gleichrichters zeigt die
Fig. 4. Es ist in den Lastkreis 5 des Gleichrichters 2 eine Glättungsdrossel 9 eingesetzt
und dem Gleichrichter 2 eine Freilaufdiode 10 parallel geschaltet. Mit dieser Glättungseinrichtung
erhält man einen gleichgerichteten Strom, der keine Impulslücken mehr aufweist.
Es ist jedoch anzuführen, daß die Anst'iegsgeschwindigkeit des Stromes im Gitterkreis
5 von dem LC-Glied 4,8 weniger beeinfluß wird, als durch die Induktivität 9. Die
Induktivität 9 kann daher nur einen kleinen Induktivitätswert aufweisen. Hinzuweisen
ist noch darauf, daß in der Fig. 4 die Gitterstrecke des Thyristors 6 durch einen
Widerstand 6a, der auch veränderlich sein kann, ersetzt ist.
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Mit dem in den Figuren 3 und;4 enthaltenen LC-Glied 4,8 wird zusätzlich
erreicht, daß der Strom im-Lastkreis 5 weitgehend unabhängig von der Größe des Widerstandes
der Gitterstrecke
des Thyristors 6 bzw. des Widerstandes 6a wird.'S.Git
einem Gleichrichter nach Fig. 3 oder 4 läßt sich also weitgehende Stromkonstanz
im Lastkreis 5 auch bei einem veränderlichen Widerstand 6 erreichen. Dieser Vorteil
wird mit den Fig. 5a und 5b demonstriert. Die Fig. 5a und'5b zeigen Oszillogramme,
in denen der Strom gegen die Zeit aufgetragen ist. Dabei entspricht eine Rastereinheit
des Oszillographenrasters einem Strom von 170 mA. Die Oszillogramme wurden mit einer
Schaltung entsprechend der Fig. 4 gewonnen. An den Klemmen 7 des Übertragers 1 lag
eine pulsförmige Wechselspannung mit einer Puisfolgefrequenz von 10 KHz. Das SC-Glied
4,8 war in Resonanz mit dieser Eingangsfrequenz. Für das Oszillogramm nach Fig.
5a war im Lastkreis 5 des Gleichrichters ein Widerstand 6a angeordnet, dessen Widerstandswert
1fl betrug. Für die Aufnahme des Oszillogrammes nach Fig. 5b betrug der Widerstandswert
des Widerstandes 6a, 6,6kl -. Der Vergleich der Oszillogramme zeigt, daß bei der
Widerstandsänderung von 1:6,6 sich nur eine Stromänderung von 1:1,5 ergab. Der Strom
im Lastkreis 5 ist also weitgehend unabhangig vom Widerstandswert des Lastwiderstandes.
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Ein Gleichrichter entsprechend Fig. 3 oder 4 ist für alle Anwendungsfälle
geeignet, bei denen nahezu konstanter Strom im Lastkreis unabhängig'von der Größe
des Lastwiderstandes gefordert wird. Dabei ist besonders auf den gringen wirtschaftlichen
Aufwand hinzuweisen, mit dem diese Stromkonstanz erhalten wird. Als ein besonderes
Anwendungsbeispiel ist de Steuerung von Thyristoren zu erwähnen, die parallel und/oder
in Serie geschaltet sind und bei denen die Gitterkreise von einer gemeinsamen Spannungsquelle
versorgt werden sollen. Da die Gitterstrecken von Thyristoren stark streuen, mußte
bisher im Gitterkreis ein Zusatzwiderstand in Serie zur Gitterstrecke
angeordnet
werden, um die Gitterstrecke an den eingespeisten Steuerimpuls anzupassen. Die Größe
dieses Widerstandes mußte empirisch ermittelt werden und es entstanden Verluste
in diesem vorgeschalteten Widerstand. Werden hingegen die Gitterkreise von parallel
oder in Serie geschalteten Thyristoren entsprechend der Fig 3 oder 4 ausgebildet,
so wirkt der in Serie zur Gi-tterstrecke liegende Kondensator 4 ausgleichend auf
die Ströme in der Gitterstrecke, auch wenn mehrere solche Kreise parallel von einer
gemeinsamen Spannungsquelle versorgt werden. Das langwierige, empirische Ermitteln
der Widerstandswerte von Vorwiderständen im Gitterkreis wird damit vermieden und
vor allem werden keine Wirkverluste verursacht.
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5 Patent ansprüche 5 Figuren