DE2413164A1

DE2413164A1 - Schaltungsanordnung zur drahtlosen uebertragung eines steuersignals an die steuerstrecke eines steuerbaren halbleiterventils

Info

Publication number: DE2413164A1
Application number: DE2413164A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Frese
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-03-19
Filing date: 1974-03-19
Publication date: 1975-09-25
Also published as: JPS50128911A; AT335568B; DE2413164B2; CH577248A5; ATA651974A; FR2265210B3; SE7502986L; BE826756A; FR2265210A1

Description

Schaltungsanordnung zur drahtlosen Übertragung eines Steuersignals an die Steuerstrecke eines steuerbaren Halbleiterventils

Zusatzanmeldung zum Patent ... (Patentanmeldung P 23 60 662.4-32, VPA 73/8339)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur drahtlosen Übertragung eines Steuersignals an die Steuerstrecke eines steuerbaren Halbleiterventils, insbesondere eines Thyristors, das vorzugsweise in einem Stromrichter für hohe Spannung einsetzbar ist, wobei das Steuersignal zur Modulation eines Hochfrequenz-Senders vorgesehen ist, der in einigem Abstand von einem Hochfrequenz-Empfänger angeordnet ist, welcher einen Demodulator enthält, dessen Ausgangssignal auf die Steuerstrecke des Halbleiterventils gegeben ist, nach Patent ... (Patentanmeldung P 23 60 662.4-32 - VPA 73/8339).

Wird bei einer solchen Schaltungsanordnung das steuerbare Halbleiterventil in einem Stromrichter für hohe Spannung eingesetzt, so besteht die Gefahr, daß infolge der hohen Potentialunterschiede zwischen den einzelnen Halbleiterventilen oder zwischen einem Halbleiterventil und Masse oder Erde auf der Empfangsseite Entladungen auftreten. Diese Entladungen werden durch metallische Teile mit Spitzen und scharfen Kanten begünstigt. Besonders gefährdet als Ausgangspunkt von Entladungen (Sprühentladungen) ist hierbei die Empfangsantenne, die

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insbesondere als Dipolantenne ausgeführt sein kann. Man ist daher gezwungen, zwischen den einzelnen Empfangsantennen einen beträchtlichen Sicherheitsabstand freizulassen. Je größer die Baugröße der Empfangsantennen ist, umso größer ist ihr Abstand voneinander zu wählen.

Bei einer solchen Schaltungsanordnung mit einer Vielzahl von Halbleiterventilen ist man aber andererseits bestrebt, aus Platzgründen die Hochfrequenz-Empfänger und ihre Empfangsantennen möglichst dicht anzuordnen. Dazu ist es erforderlich, daß die einzelnen Hochfrequenz-Empfänger und ihre Empfangsantennen eine kleine Baugröße aufweisen.

Die Baugröße des Hochfrequenz-Empfängers und seiner Zündschaltung läßt sich im allgemeinen durch Verwendung von miniaturisierten elektrischen Bauelementen klein halten. Aufgabe der Erfindung ist es, darüberhinaus Maßnahmen anzugeben, durch welche auf der Hochfrequenz-Empfängerseite eine möglichst dichte Anordnung der Hochfrequenz-Empfanger ermöglicht wird. Insbesondere soll die Baugröße der einzelnen Empfangsantennen klein gehalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hochfrequenz-Sender und seine Sendeantenne zur Abstrahlung zirkulär polarisierter Hochfrequenz-Strahlung eingereicht sind, und daß die Empfangsantenne des Hochfrequenz-Empfängers als Empfangsantenne für zirkulär polarisierte Hochfrequenz-Strahlung ausgebildet ist.

Die Erfindung beruht hierbei auf der Überlegung, daß eine Antenne für zirkulär polarisierte Hochfrequenz-Strahlung eine geringere Baugröße besitzt und eine geringere Raumausdehnung benötigt als eine Dipolantenne. Baugröße und Formgebung der beiden Hochfrequenz-Antennen sollten auf die Hochfrequenz und die Bündelungsanforderungen abgestimmt sein.

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Bevorzugt sollte so vorgegangen werden, daß die Empfangsantenne des Hochfrequenz-Empfängers als metallische Wendelantenne ausgebildet ist. Eine solche Wendelantenne ist auch unter der Bezeichnung "Helixantenne" auf dem Arbeitsgebiet der Hochfrequenz-Technik bekannt.

Um die Wendelantenne (Helixantenne) gegen mechanische Verformung zu schützen, ist es vorteilhaft, sie in ein dielektrisches Material einzubetten. Diese Ausführungsform hat den beträchtlichen Vorteil, daß dadurch insbesondere an ihrer Spitze ein Sprühen, also eine Entladung, die aufgrund des hohen Potentials des zugeordneten Halbleiterventils an der Empfangsantenne selbst auftreten könnte, wirksam verhindert werden kann.

Als dielektrisches Material, in das die Wendelantenne eingebettet ist, kann insbesondere ein Kunststoff vorgesehen.sein. Dieses Material hat den Vorteil, daß es sehr leicht zu vergießen und zu bearbeiten ist. Insbesondere kann als dielektrisches Material ein Epoxy-Resin-Harz vorgesehen sein.

Im einfachsten Falle kann man das dielektrische Material, in das die Wendelantenne eingebettet ist, zu einem dazu symmetrisch angeordneten, zylindrischen Körper formen. Hierbei ist zu beachten, daß der Abstand der Wendelantenne von allen äußeren Begrenzungsflächen dieses Körpers so gewählt sein sollte, daß kein Sprühen auftreten kann.

Eine besonders wirksame Auskopplung der empfangenen Hochfrequenz-Energie läßt sich dadurch erzielen, daß die Wendelantenne mit einer metallischen Grundplatte abgeschlossen ist, und daß das Verbindungskabel, das die Wendelantenne mit dem zugehörigen Hochfrequenz-Empfänger verbindet, mit seinem Außenleiter mit dieser Grundplatte elektrisch leitend verbunden ist.

Als Vorteil der Erfindung wird es angesehen, daß sich gegenüber der Verwendung anderer Antennen, insbesondere Dipolantennen, auf der Empfängerseite eine Kosten- und Materialersparnis er-

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gibt. Der bei Dipolantennen vielfach verwendete Reflektor in Form eines Hohlspiegels kann entfallen, da eine Antenne für zirkulär polarisierte Strahlung, speziell eine Wendelantenne, von sich aus bereits eine gute Richtcharakteristik.besitzt. Weiterhin ist eine Hochfrequenz-Übertragungsstrecke für zirkulär polarisierte Strahlung gegen manche Störungen unempfindlicher als eine Übertragungsstrecke für linear polarisierte Strahlung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in zwei Figuren dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schaltungsanordnung zur drahtlosen Übertragung von Steuersignalen an die Steuerstrecken mehrerer Halbleiterventile eines Stromrichters, und

Figur 2 eine- besonders bevorzugte Empfangsantenne für zirkularpolarisierte Strahlung in einer Schnittdarstellung.

Nach Figur 1 sind zwei miteinander in Reihe geschaltete steuerbare Halbleiterventile 2a und 2b sowie zwei weitere miteinander in Reihe geschaltete steuerbare Halbleiterventile 5a und 5b vorgesehen. Die Halbleiterventile 2a, 2b und 5a, 5b sollen Bestandteile eines Stromrichters mit Halbleiterventilen, insbesondere Thyristoren, in Drehstrombrückenschaltung sein. Die jeweils zwei Halbleiterventile 2a, 2b und 3a, 3b gehören verschiedenen Zweigen des Stromrichters an. Jeder dieser Zweige besitzt im allgemeinen beträchtlich mehr als nur zwei Halbleiterventile 2a, 2b bzw. 5a, 5b, da der Stromrichter für hohe Spannung vorgesehen ist. Es kann sich insbesondere um einen Stromrichter für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung handeln.

Ein nicht gezeigter Steuersignalgeber liefert Steuersignale in vorgegebener Reihenfolge und Frequenz für sämtliche Zweige des Stromrichters. Von diesen-Steuersignalen sind in Figur 1 nur die Steuersignale p2 und p5 vermerkt, die zur drahtlosen Zündung der Halbleiterventile 2a, 2b bzw. 5a, 5b verwendet werden.

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Die Übertragung der Steuersignale p2, p5 an die Steuerstrecken der Halbleiterventile 2a und 2b bzw. 5a, 5b erfolgt dabei nacheinander mittels einer Hochfrequenzübertragungsstrecke. Zunächst wird die gemeinsame Zündung der Halbleiterventile 2a und 2b betrachtet, die demselben Zweig im Stromrichter angehören.

Nach Figur 1 wird das Steuersignal p2 für die Halbleiterventile 2a, 2b in einen Hochfrequenz-Sender 10 gegeben, der mit einer Sendeantenne 9 und einem Reflektor 9r ausgerüstet ist. Der Hochfrequenz-Sender 10 gibt ein zirkularpolarisiertes Ausgangs signal ab, dessen Trägerfrequenz fO z. B. 2,45 G-Hz beträgt. Durch das in den Modulationseingang eingegebene Steuersignal p2 wird hier eine Amplitudenmodulation vorgenommen. Ist das Steuersignal p2 ungleich Null, so wird die Trägerfrequenz fO mit einer Modulationsfrequenz f2 beispielsweise von 10 MHz amplitudenmoduliert. Die Sendeantenne 9 strahlt dann ein Übertragungssignal 11 ab, welches neben der Trägerfrequenz fO die Frequenzen (fO - f2) enthält. Das Übertragungssignal 11 wird von der Sendeantenne 9 in paralleler Bündelung oder - wie eingezeichnet - radial in Richtung auf die Halbleiterventile 2a, 2b abgestrahlt.

In einigem Abstand von der Sendeantenne 9 befinden sich Hochfrequenz-Empfänger 12a, 12b, von denen jeder einem der Halbleiterventile 2a, 2b zugeordnet ist. Ihre Empfangsantennen 13a bzw. 13b sind als Empfangsantennen für zirkulär polarisierte Hochfrequenz-Strahlung ausgebildet und der Sendeantenne 9 zugewandt, so daß das Übertragungssignal 11 mit maximaler Stärke empfangen werden kann. Die Hochfrequenz-Empfänger 12a, 12b besitzen denselben Aufbau. Sie enthalten jeweils einen Demodulator, dessen Ausgangssignal - gegebenenfalls über eine Kippschaltung und/oder eine Zündschaltung, ζ. B. nach der deutschen Patentschrift 1 538 099 - auf die Steuerstrecke des zugeordneten Halbleiterventils 2a bzw. 2b gegeben ist. Als Demodulator dient hier die Kombination eines Gleichrichters mit eijaem auf die Modulationsfrequenz f2 abgestimmten Filter. Die

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Hochfrequenz-Empfänger 12a, 12b wirken somit selektiv, so daß andere Frequenzen keine Störeinflüsse ausüben können. Sobald also ein Steuersignal p2 am Modulationseingang des Hochfrequenz-Senders 10 anliegt, werden die beiden Halbleiterventile 2a, 2b gezündet. Die Übertragung der Zündinformation wird durch das hochfrequente Übertragungssignal 11 potentialfrei vorgenommen. Große Potentialunterschiede zwischen Hochfrequenz-Sender 10 und Halbleiterventilen 2a, 2b wirken sich also nicht störend aus.

Aus Figur 1 ist weiter ersichtlich, daß der Hochfrequenz-Sender 10 einerseits zur drahtlosen Übertragung des Steuersignals p2 an die Steuerstrecken der Halbleiterventile 2a, 2b, andererseits aber auch zur drahtlosen Übertragung des weiteren Steuersignals p5 an die Steuerstrecken der weiteren Halbleiterventile 5a, 5b vorgesehen ist. Das Steuersignal p5 ist zu anderen Zeitpunkten ungleich Null als das Steuersignal p2. Die Halbleiterventile 5a, 5b sollen also zu anderen Zeitpunkten gezündet werden als die Halbleiterventile 2a, 2b. Dieses weitere Steuersignal p5 sorgt nun, falls es ungleich Null ist, dafür, daß die Trägerfrequenz fO des Hochfrequenz-Senders 10 mit einer weiteren Modulationsfrequenz f5, die z. B. 20 MHz betragen kann, moduliert wird. Das Übertragungssignal 11 hat dann die Frequenz (fO - f5).

Jedem der Halbleiterventile 5a, 5b ist ebenfalls ein Hochfrequenz-Empfänger 15a, 15b mit Empfangsantenne 16a, 16b zugeordnet. Diese Hochfrequenz-Empfanger 15a, 15b zeigen denselben Aufbau wie die Hochfrequenz-Empfänger 12a, 12b; sie sind ebenfalls für den Empfang zirkulär polarisierter Hochfrequenz-Strahlung eingerichtet, ihre Demodulatoren sind jedoch nicht auf die ^odulationsfrequenz f2, sondern auf die Modulationsfrequenz f5 abgestimmt. Sie geben daher nur dann ein Zündsignal an die Halbleiterventile 5a, 5b weiter, wenn das Übertragungssignal einen Anteil mit der Modulationsfrequenz f5 besitzt. Der Durchgang anderer Frequenzen durch das Filter wird weitgehend gesperrt, so daß eine unbeabsichtigte Zündung praktisch ausgeschlossen ist.

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Es wurde bereits erwähnt, daß die Halbleiterventile 2a, 2b und 5a, 5b Bestandteile eines Stromrichters für hohe Spannung, z. B. für eine Spannung von 1MeV, sind. In einem solchen Stromrichter besteht die G-_efahr, daß zwischen den einzelnen Halbleiterventilen oder zwischen einem Halbleiterventil einerseits und Masse oder Erde andererseits infolge der hohen Potentialunterschiede Entladungen auftreten. Um dieser Gefahr zu begegnen, müssen die einzelnen Halbleiterventile samt Beschaltung voneinander und von Masse und Erde einen ausreichenden Sicherheitsabstand besitzen. Weiterhin muß darauf geachtet werden, daß die einzelnen Bauteile nicht zu scharfe Spitzen und Kanten besitzen, damit Sprühentladungen vermieden werden. Solche Sprühentladungen könnten auch auftreten, wenn jeweils als Empfangsantenne 13a, 13b sowie 15a, 15b eine Dipolantenne aus metallischem Werkstoff verwendet wird.

TJm eine möglichst dichte Anordnung der Hochfrequenz-Empfänger 12, 15 und Empfangsantennen 13, 16 zu ermöglichen, sind die Empfangsantennen 13, 16 nach Figur 2 zum Empfang für zirkularpolarisierte Strahlung ausgebildet.

Nach Figur 2 umfaßt die allgemein mit 20 bezeichnete Empfangsantenne eine Wendel 21 aus Metall, deren Achse 22 in Richtung auf die Sendeantenne ausgerichtet ist. Das hochfrequente Übertragung ssignal 11 fällt axial auf die Wendel 21 auf. Je mehr Windungen die Wendel 21 besitzt, umso besser ist die Richtwirkung der Empfangsantenne 20.

Die Wendel 21 ist an den Innenleiter 23 eines koaxialen Verbindungskabels 24 angeschlossen, das die Wendelantenne 20 mit dem zugehörigen Hochfrequenz-Empfänger verbindet. Der Außenleiter 25 dieses Verbindungskabels 25 ist mit einer metallischen Grundplatte 26 elektrisch leitend verbunden. Die Grundplatte kann z. B. aus Kupfer bestehen.-Sie ist mit einer Öffnung 27 versehen, durch welchö·' der Innenleiter 23 hindurchgeführt ist.

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Die Grundplatte 26 schließt das hintere Ende der Wendel 21 ab. Sie ermöglicht eine besonders wirksame Auskopplung der einfallenden Hochfreguenz-Strahlung. G-leichzeitig kann sie als Trageplatte für weitere Bauelemente, z. B. für die zugehörige Zündschaltung, dienen.

Nach Figur 2 ist die Wendel 21 vollständig in ein dielektrisches Material, insbesondere in einen Kunststoff wie Epoxyresinharz, eingebettet. Das Material ist zu einem zylindrischen Körper 28 gegossen, dessen Zylinderachse mit der Achse 22
der Wendel 21 zusammenfällt. Beim Eingießen der Wendel 21
wurde darauf geachtet, daß der Abstand der Wendelantenne von der zylindrischen Außenfläche und den beiden Kreisflächen
jeweils einen vorgegebenen Sicherheitsabstand nicht unterschreitet. Dadurch ist gewährleistet, daß an der Empfangsantenne 20 trotz des hohen Potentialunterschieds gegenüber Masse oder gegenüber anderen Bauteilen keine Sprühentladungen auftreten.

7 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur drahtlosen Übertragung eines Steuersignals an die Steuerstrecke eines steuerbaren Halbleiterventils, insbesondere eines Thyristors, das vorzugsweise in einem Stromrichter für hohe Spannung einsetzbar ist, wobei das Steuersignal zur Modulation eines Hochfrequenz-Senders vorgesehen ist, der in einigem Abstand von einem Hochfrequenz-Empfanger angeordnet ist, welcher einen Demodulator enthält, dessen Ausgangssignal auf die Steuerstrecke des Halbleiterventils gegeben ist, nach Patent ... (Patentanmeldung P 23 60 662.4-32 - VPA 73/8339), dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenz-Sender (10) und seine Sendeantenne (9) zur Abstrahlung zirkularpolarisierter Hochfrequenz-Strahlung eingerichtet sind, und daß die Empfangsantenne (20) des Hochfrequenz-Empfängers als Empfangsantenne für zirkularpolarisierte Hochfrequenz-Strahlung ausgebildet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch^, gekennzeichnet, daß die Empfangsantenne (20) des Hochfrequenz-Empfängers als metallische Wendelantenne (21) ausgebildet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelantenne (21) in ein dielektrisches Material eingebettet ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als dielektrisches Material ein Kunststoff vorgesehen ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,' daß als Kunststoff Epoxyresinharz vorgesehen ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelantenne (21) in einen zylindrischen Körper (28) eingebettet ist, und daß der Abstand der

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Wendelantenne (21) von den äußeren Begrenzungsflächen dieses zylindrischen Körpers (28) allseitig einen vorgegebenen ■ Sicherheitsabstand nicht unterschreitet.

Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelantenne (21) an ihrem Ende mit einer metallischen Grundplatte (26) abgeschlossen ist, und daß das Verbindungskabel (24), das die Wendelantenne (21) mit dem zugehörigen Hochfrequenz-Empfänger verbindet, mit seinem Außenleiter (25) mit dieser Grundplatte (26) elektrisch leitend verbunden ist.

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