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Anordnung zum Zünden von steuerbaren Halbleitergleichrichtern Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Zünden von steuerbaren Halbleitergleichrichtern,deren
Steuerstrecken mittels Übertragern an Impulsgneratoren angeschlossen sind, die Impulsfolgen
hoher Frequenz erzeugen.
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Häufig ist zwischen den steuerbaren Halbleitergleichrichtern, z.B.
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Thyristoren oder Triacs, und den Schaltkreisen für die Erz-ugung der
Zündsignale eine Potentialtrennung erforderlich. Die Zündsignale werden deshalb
mittels Übertragern den Steuerstrecken der Halbleitergleichrichter zugeführt. Mit
Riicksicht auf das Einschalverhalten der Halbleitergleichrichter muß das Zündsignal
eine steile Anstiegsflanke haben und eine bestimmte Mindestz-it wirksam sein. Um
diese Forderungen zu erfüllen, ist es bekannt, dem tib-rtrager eine Impulsfolge
hoher Frequenz zuzuführen (GE Silicon Controlled Rectifier Manual, 1967, Seite 144
und 145).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Anordnung
so weiterzuentwickeln, daß die Halbllitergleichrichter auch bei Anschluß an induktive
Verbraucher mit Hilfe von itbertragern, deren Spannungs-Zeit-Fläche klein ist, sicher
gezündet werden können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den
Steuerstrecken und den Ausgängen der Übertrager Gleichrichter mit nachgeschalteten
Glättungseinrichtungen angeordnet sind.
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Die erfindungsgemäße Anordnung stellt den Halbleitergleichrichtern
ein
Zündsignal von ausreichender Flankensteilheit und genügend langer
Dauer zur Verfügung. Nach der Zündung bleibt das Zündsignal an der Steuerelektrode
so lange bestehen, bis der infolge induktiver Belastung nur langsam ansteigende
Strom im steuerbaren Halbleitergleichrichter den Haltewert erreicht hat. Es wird
dadurch vermieden, daß ein steuerbarer Halbleitergleichrichter durch jeden einzelnen
Impuls gezündet und mit dem Abklingen des Impulses wieder gelöscht wird, weil der
phasenverschoben ansteigende Strom während der kurzen Dauer eines Impulses seinen
Haltewert nicht erreichen kann. Diese starke Funkstörungen verursachende 3etriebsweise
tritt bei der erfindungsgemäßen Anordnung deshalb nicht auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Ausgang
der Impulsgeneratoren mit UND-Gliedern verbunden sind, die an die Übertrager angeschlossen
sind, und daß die zweiten Eingnnge der UND-Glieder mit monostabilen Kippstufen verbunden
sind,die in Abhängigk-it von einem Steuersignal synchron mit dem Nulldurchgang der
Speisespannung Impulse abgeben.
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mittels dieser Anordnung wird das Zündsignal einem steuerbaren Halbleitergleichrichter
im Nulldurchgang der den Halbleitergieichrichter nebst Verbraucher speis nden Spannung
zugeführt. Durch entsprechende Ausbildung der Kippstufe kann das Zündsignal an der
Steuerelektrode so lunge anstehen, bis der Strom im Halbleitergleichrichter die
Richtung gewechselt und seinen Haltewert erreicht hat. Hierdurch werden störende
Gleichströme und Oberwellenströme im Wechselspannungsnetz vermieden.
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Eine günstige Ausfiihrungsform besteht darin, daß an Stelle von Vorwiderständen
den Steuerelektroden der Kalbleitergleichrichtr Schaltelemente mit teilweise negativer
Widerstandscharakteristik vorgeschaltet sind. Als Schaltelemente können Diacs benutzt
werden. Damit lassen sich Zündsignale mit sehr steiler Anstiegsflanke herstillen.
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Die Anordnung ist in Schaltungen zweckmäßig, mit denen die maximale
Stromsteilheit der Thyristoren oder Triacs ausgenutzt werden soll.
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Ausfbhrungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand einer
Zeichnung näher erlÄutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen .{echselstromschalter fiir induktive Lasten
mit Ansteuerung im Spannungsnulldurchgang, Fig. 2 einen Wechselstromschalter fiir
induktive Lasten mit Thyristoren, Fig. 3 eine Schaltung mit t einem Diac im Ansteuerstromkreis
eines Triac, Fig. 4 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Spannungen und strömen
an verschiedenen Stellen der Schaltung gemäß Fig. 1.
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Ein Triac 1 ist huber einen aus einem widerstand 2 und einer Induktivität
3 bestehenden Verbraucher an ein Wechselspannungsnetz von 220 V angeschlossen. Die
Steuerelektrode des Triacs 1 ist über einen Widerstand 4 mit einer Graetz-Gleichrichterschaltung
5 verbunden, deren positiver Ausgang zusammen mit einem Anschluß des Triacs 1 an
einen Pol der Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. Zwischen den positiven und
negativen Ausgang des Gleichrichters 5 ist ein Kondensator 6 geschaltet. Die Eingänge
des Gleichrichters 5 werden von der Sekundär-Wicklung eines Ubertragers 7 gespeist.
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Ein Eingang der Primärwicklung des Übertragers 7 ist mit dem Ausgang
eines UND-Glieds 8 verbunden. Der zweite Eingang der Primärwicklung des Übertragers
7 ist an Masse gelegt. Der erste Eingang des UND-Glieds 8 steht mit einem Impulsgenerator
9 in Verbindung. Der zweite Eingang des UND-Glieds 8 wird von einer monostabilen
Kippstufe 10 geseist, deren einer Eingang 11 mit einem der Netzwechselspannung proportionalen
-Signal beaufschlagbar ist. Der zweite Eingang 12 der Kippstufe 10 dient zur Freigabe
des Ausgangssignals und wird durch ein Steuersignal beaufschlagt, wenn das Triac
1 eingeschaltet werden soll.
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Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung enthält einen Übertrager 12 mit zwei
Sekundärwicklungen 13,14. Die mit der Primärwicklung des Übertragers 12 verbundenen
Stromkreise stimmen mit der Anordnung gemäß Fig. 1 überein und wurden in Fig. 2
deshalb nicht dargestellt.
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Die Wicklungen 13,14 speisen Graetz-Gleichrichterschaltungen 15,16.
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Ein Kondens.itor 17 ist parallel zum Ausgang der Gleichrichterschaltung
15 gelegt. Der positive Ausgang der Schaltung 15 ist iiber einen Widerstand 18 (n
die ,iteuerelektrode einen Ti;yristors '; 9 angeschlossen.
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Parallel zur Gleichrichterschatung (6 C. liegt ein Kondensator 20.
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Der positive Ausgang der Gleichrichterschaltung 1. steht iiber einen
Widerstand 21 mit der Steuerelektrode eines Thyristors 22 in Verbindung. Die Thyristoren
, 9 und 22 sind antiparallel geschaltet und liegen über einen Verbraucher, der aus
einem Widerstand 23 und seiner Induktivität 24 besteht, an den Klemmen einer Wechselspannungsquelle.
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In der in Fig. 3 dargestellten Schaltung speist ein Übertrager eine
Graetz-Gleichrichterschaltung 26, zu deren Ausgängen ein Kondensator 27 parallel
geschaltet ist. Der negative Ausgang der Schaltung 26 ist mit einer Elektrode eines
Triacs 28 an einen Pol einer Wechselspannungsquelle gelegt. Der positive Ausgang
der Schaltung 26 ist über ein Diac 29 an die Steuerelektrode des Triacs 28 angeschlossen.
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Der Anschluß des Triacs 28 an den Verbraucher stimmt mit der Anordnung
gemäß Fig. 1 überein und wurde in Fig. 3 nicht dargestellt.
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In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf der sinusförmigen Netzwechselspannung
U dargestellt. Die Steuerspannung, die der Klemme 2 zugeführt wird, ist in Fig.
4 mit S bezeichnet. Die Spannungen an den Ausgingen der Kippstufe 10 und des Impulsgenerators
e sind mit D und I gekennzeichnet.
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Sobald die Spannung 5 auf die Klemme 12 gegeben wird, liefert die
einer die Klemme 11 mit. der Netzwechselspannung U synchronisierte Kippstufe 10
bei jedem Nulldurchgang der Spannung U einen Impuls D,während dessen Dauer Impulse
F über das UND-Glied 8 zum Übertrager 7 gelangen. Die Schaltung 5 erzeugt aus den
Impulsen F eine Spannung G, mit deren anstiegsflanke das Triac 1 gezündet wird.
Die Spannung G steht an der Steuerelektrode des Triacs 1 so lange an, bin der infolge
der Induktivitt 3 gegen die Spannung U phasenverschobene Strom L den Haltewert erreicht
hat, der nach dem Abklingen der Spannung G das Löschen des Triacs 1 verhindert Mehrfachzündungen
des Triacs 1 während der Deuer einer Halbwelle der Spannung U werden dadurch vermieden.
Durch die in Fig. 1 gezeigte Schaltung entstehen somit keine Funkstörungen.
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durch die Zündung des Triacs 1 im Nulldurchgang der Spannung U bilden
sich keine Oberwelle und Gleichstromanteile im Strom I aus. Die Schaltung gemäß
Fig. 1 erzeugt daher keine Verluste durch Oberwellen
oder Gleichströme
im Wechselspannungsnetz, Der in Fig. 4 gezeigte Verlauf der Srannungen U,S,I,D und
F gilt auch fiir die in Fig. 2 dargestellte Anordnung. Die Spannung G entsteht an
den Ausgängen der Schaltungen 15 und 16 und bewirkt abwechselnd die Zjlndung eines
der Thyristoren 1 C; und 22 in jeder Halbwelle der Spannung U.
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Das Diac 20 stellt eine be-sonders steile Flanke aus der Spannung
G her, die auf die Steuerelektrode des Triacs 28 gegeben wird.