DE2417414A1

DE2417414A1 - Impulsgenerator

Info

Publication number: DE2417414A1
Application number: DE2417414A
Authority: DE
Inventors: Ronald F Lourigan
Original assignee: Webster Electric Co Inc
Current assignee: Webster Electric Co Inc
Priority date: 1973-04-13
Filing date: 1974-04-10
Publication date: 1974-10-24
Also published as: GB1469654A; CA1008128A; CH578288A5; BE813662A; US3849670A; JPS5012552A

Description

PatenfeifWäit München, 10. April

Dipl.-Ing. G.W.Schmidt

8 München 5 Hein Zeichen: Lourigan Gase

ButtermelcherstraBa 19

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Webster Electric Company, Ine» Racine, Wisconsin, U. S. A.

Impulsgenerator

Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator zur Erzeugung von periodischen Stromstössen, bei dem ein Kondensator über einen SCH (silicon controlled rectifier, gesteuerter Siliziumgleichrichter) in eine Transformatorwicklung entladen wird, und bei dem ein Kommutationskreis zum Abschalten des SCH vorgesehen ist.

Es sind Impulsgeneratoren bekannt, bei denen mit Hilfe von Stromstössen, die durch die Primärwicklung eines Transformators geleitet werden, in der Sekundärwicklung hohe Spannungen induziert werden. Bei

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einer typischen Schaltung dieser Art wird ein Kondensator von einer Stromquelle aufgeladen und mit Hilfe einer Schaltvorrichtung periodisch über die Primärwicklung entladen. Als Schaltvorrichtung wird hierbei vorzugsweise ein SCR verwendet. Eine Schaltung dieser Art kann als Funken-Zündeinrichtung, zur Erzeugung hoher Gleichspannungen oder zu anderen Zwecken verwendet werden. Ein Beispiel für eine solche Schaltung zeigt die US-Patentschrift 3 556 706.

Es ist hierbei oft erwünscht, Stromimpulse von hoher Frequenz zu erzeugen. Wie in der genannten Patentschrift ausgeführt, haben hohe Frequenzen grosse Vorteile bei Funken-Zündeinrichtungen für Ölbrenner. In ähnlicher Weise können bei der Erzeugung hoher Gleich;-spannungen erhöhte Frequenzen erwünscht sein, um eine hohe Ausgangsspannung auch bei wechselnder Belastung zu erhalten. Bei den bekannten Impulsgeneratoren ist jedoch die Frequenzhöhe durch die Arbeitscharakteristik des SCR begrenzt, so dass man zur Erzeugung hoher Frequenzen spezielle und teure SCR's verwenden muss. Aber selbst diese haben sich nicht als zuverlässig erwiesen.

Zum Verständnis der Zusammenhänge ist die Kenntnis der Abschaltzeit erforderlich. Die Abschaltzeit eines SCR wird definiert als die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Anodenstrom des SCH in Vorwärtsrichtung den Wert Null erreicht, und dem Zeitpunkt,

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zu dem das SCB imstande ist, eine wiederangelegte Spannung der gleichen Polarität zu blockieren. Bei einem Impulsgenerator ist es nicht möglich, den Kondensator nach dem Entladen wiederaufzuladen, bevor die Abschaltzeit verstrichen ist. Um einen stabilen Betrieb mit hoher Frequenz zu ermöglichen, war es daher erforderlich, teure SCB-s zu verwenden, die eine kleine Abschaltzeit aufweisen.

Es ist bekannt, dass die Abschaltzeit eines SCR dadurch verringert werden kann, dass man dem Anodenkreis des SCH eine Spannung und einen Strom entgegengesetzter Richtung aufdrückt. Diese erzwungene Abschaltung eines SCR durch die Anlegung eines Gegenstromes wird als Kommutation bezeichnet. Es wurden bereits verschiedene Kommutationsschaltungen angegeben. Beispiele finden sich ijn Sektion 5Λ auf den Seiten 91-95 des General Electric SCR Manuals, k. Ausgabe, veröffentlicht I967 durch das Semiconductor Products Department der General Electric Company.

Bei einem Impulsgenerator wird der Kondensator nach jedem Impuls und vor Beginn des nächsten Impulses wiederaufgeladen. Wenn der Kondensator in eine Induktanz, beispielsweise in die Primärwicklung eines Transformators, entladen wird, kann eine gute Funktion dadurch erzielt werden, dass man nach der Entladung des Kondensators einen Strom in Gegenrichtung aus der Last

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in den Kondensator fliessen lässt, der diesen teilweise wiederauflädt. In der US-Patentschrift 3 425 ist eine Schaltung beschrieben, bei der ein entgegengesetzt zum SCR gepolter Gleichrichter für den Fluss des Gegenstromes vorgesehen ist.

Das Problem der Erfindung ist die Schaffung eines Impulsgenerators mit einem Kommutationskreis, welcher die doppelte Punktion erfüllt, eine grosse Strom- und Spannungsspitze entgegengesetzter Polarität an den SCH anzulegen, um eine Verringerung der Abschaltzeit zu erreichen, und es gleichzeitig zu erreichen, dass ein erheblicher Gegenstrom zur Wiederaufladung des Kondensators erhalten wird, was die Aufladezeit des Kondensators verkürzt. Beides trägt dazu bei, dass eine wesentlich höhere Frequenz auch bei Verwendung normaler SCR's erreicht wird.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein an die Ausgangsklemmen des SCR gelegter Teilkreis ausser einem entgegengesetzt zum SCR gepolten Gleichrichter eine mit diesem in Reihe geschaltete Impedanz von variabler Wirksamkeit, vorzugsweise eine Induktanz, enthält, um eine anfänglich hohe Gegenspannung an den SCR anzulegen und zu erreichen, dass danach ein erheblicher Gegenstrom zum Wiederaufladen des Kondensators erzeugt wird.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Funken-Zündeinrichtung mit einem Impulsgenerator nach der Erfindung.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des Strom- und Spannungsverlaufes in einer Anordnung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Funken-Zündeinrichtung für Ölbrenner, die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Sie enthält einen Impulsgenerator, der mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Der Impulsgenerator 12 enthält einen Transformator Ik mit einer Primärwicklung 16, einem Kondensator 18 und einem SCH 20, der die Entladung des Kondensators 18 in die Primärwicklung l6 steuert. Es ist ein Kommutationskreis vorgesehen, der mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet ist. Er dient zur Verkürzung der Abschaltzeit des SCR sowie dazu, eine schnellere Wiederaufladung des Kondensators 18 zu erzielen.

Obwohl der Impulsgenerator 12 in Fig. 1 in Verbindung mit einer Funken-Zündeinrichtung für Ölbrenner dargestellt ist, versteht es sich, dass er auch für andere Zwecke verwendet werden kann, beispielsweise zur Erzeugung hoher Gleichspannungen. Die Zündeinrichtung 10 hat zwei Klemmen 24 und 26, die mit einem normalen Wechselstromnetz von 120 Volt und 60 Perioden

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verbunden werden. Die Klemmen 24 und 26 sind mit dem Impulsgenerator 12 durch das Netzteil 28 verbunden, welches einen Belastungswiderstand 30 und eine Induktanz 32 enthält, um den Stromfluss zum Impulsgenerator 12 zu begrenzen. Eine Diode 34 unterbricht den Stromfluss, wenn die Klemme 26 .positiv gegenüber der Klemme 24 ist.

Der Impulsgenerator 12 bewirkt, dass eine Reihe von Stromstössen durch die Primärwicklung 1*6 eines Transformators 14 geschickt wird. Die Sekundärwicklung 36 des Transformators ist mit zwei Funkenelektroden 38 und 40 verbunden, die in der Nähe eines Ölbrenners angeordnet sind, beispielsweise wie in der genannten US-Patentschrift 3 556 706 beschrieben. Die Stromstösse in der Wicklung 16 bewirken, dass zwischen den Elektroden 38 und 40 Funken überspringen, die das austretende Öl entzünden.

Der Impulsgenerator 12 enthält zwei Eingangsklemmen 42 und 44, die mit dem Netzteil 28 verbunden sind. Während der Halbperioden des Wechselstromnetzes, wenn die Klemme 24 positiv gegenüber der Klemme 26 ist, wird an die Eingangsklemme 42 eine positive Spannung gegenüber der Klemme 44 zur Speisung des Impulsgenerators angelegt. Es versteht sich, dass die Klemmen 42 und 44 auch direkt mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sein können, wenn dies aus irgendeinem Grunde

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erwünscht erscheint. Durch die Eingangsklemmen wird der Kondensator in einer ersten Polarität aufgeladen, wobei die mit der Klemme 42 verbundene Seite des Kondensators positiv ist gegenüber der mit der Klemae 44 verbundenen Seite.

Um die Entladung des Kondensators 18 zu steuern, 1st ein Steuerkreis vorgesehen, der mit den allgemeinen Bezugszeichen 46 bezeichnet ist. Er ist mit der Steuerelektrode des SCH 20 verbunden. Der Steuerkreis 46 hält normalerweise den SCH 20 in nichtleitendem Zustand und macht ihn leitend, sobald die Ladespannung des Kondensators 18 eine vorherbestimmte Höhe erreicht hat. Der Steuerkreis 46 enthält einen variablen Widerstand 48, dessen Einstellung den Zündzeitpunkt des SCR bestimmt. Ein Widerstand 50 erzeugt eine stabilisierende Vorspannung.an der Steuerelektrode des SCH, um ein unerwünschtes Zünden (Leitendwerden) des SCR infolge interner Leckströme zu verhindern; der Kondensator 52 bewirkt eine geringe, verzögernde Phasenverschiebung. Es ist nicht nötig, einen Steuerkreis zu verwenden, der in Abhängigkeit von der Ladung des Kondensators arbeitet. Gewünschtenfalls können andere bekannte SCR-Steuereinrichtungen verwendet werden. Beispielsweise kann ein durch einen Oszillator gesteuerter Steuerkreis verwendet werden, der mit einer festen Frequenz arbeitet, also unabhängig von der Ladungshöhe des Kondensators.

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Wenn der SCR leitend wird, wird der Kondensator 18 schlagartig über die Schleife entladen, die den SCR 20 und die Primärwicklung 16 des Transformators enthält. Wenn der SCR 20 leitend wird, sinkt die durch den Steuerkreis 46 an den SCR angelegte Steuerspannung, um den SCR in der weiter unten beschriebenen Weise nichtleitend zu machen. Die Wicklung 16 wirkt als induktive Belastung, und Strom in Vorwärtsrichtung fliesst weiter durch den SCR 20, bis der Kondensator 18 entladen ist und dann mit umgekehrter Polarität aufgeladen wird. In diesem Augenblick sucht eine Gegenspannung an den Enden der Wicklung 16 einen Stromfluss in entgegengesetzter Richtung zu erzeugen. Der Kommutationskreis 22 ist derart ausgebildet, dass dieser Rückstrom zur Abschaltung des SCR 20 und zum Wiederaufladen des Kondensators 18 verwendet wird.

Der Kommutationskreis 22 enthält einen Diodengleichrichter 54 in Reihe mit einer Impedanz, vorzugsweise einer Induktanz ^6. Die Enden dieses Teilkreises sind mit den Ausgangselektroden des SCR 20 verbunden. Die Diode 54 ist entgegengesetzt zum SCR 20 gepolt, . so dass der Kreis 22 für Strom in Vorwärtsrichtung nichtleitend ist. Die Diode 54 ermöglicht jedoch einen Rückstrom nach voller Entladung des Kondensators 18.

Wenn der Rückstrom zu fHessen beginnt, stellt die Induktanz 56 zunächst ein erhebliches Hindernis für das Pliessen des Stromes dar. Daher entsteht für kurze

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Zeit ein erheblicher Spannungsabfall an den Enden der Induktanz 56 und daher des Kommutationskreises 22. Dieser Spannungsabfall wird als Rückspannungsspitze an die Ausgangsklemmen des SCR 20 angelegt. Die Rückspannungsspitze erzeugt.eine Rückstromspitze durch den SCR, wodurch die Abschaltzeit des SCR 20 in erheblichem Masse und in zuverlässiger Weise verringert wird.

Während des weiteren Pliessens des Rückstromes nimmt die effektive Impedanz der Induktanz 56 ab. Es kann daher ein erheblicher Rückstrom durch den Kommutationskreis 22 fliessen, der den Kondensator 18 mit der ersten Polarität auflädt, d.h. durch den die Aufladung durch das Netzteil 28 unterstützt wird. Die Aufladung des Kondensators wird daher beschleunigt und die Arbeitsfrequenz des Impulsgenerators erhöht.

In Fig. 2 ist der Verlauf der Spannung an den Enden des SCR, und die Stromaufnahme desselben graphisch dargestellt. Bis zum Zeitpunkt t- erreicht die Spannung an den Enden des Kondensators 18 ihr Maximum V₁, und der SCR wird in den leitenden Zustand versetzt. Zwischen den Zeitpunkten t, und t₂ fliesst ein Stromimpuls in Vorwärtsrichtung durch den SCR, dessen Maximum I- beträgt. Zum Zeitpunkt t₂ fällt der Vorwärtsstrom auf Null ab und der Rückstrom beginnt zu fliessen. Infolge der Arbeitsweise des Kommutationskreises 22 fliesst ein Rückstrom mit dem Spitzenwert I₂ durch den SCR,

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■ - - ίο

um die Absehaltzeit zu verringern. Die entsprechende Rückspannung hat den Spitzenwert V₂.

Der Kommutationskreis 22 bleibt vom Zeitpunkt tg bis zum Zeitpunkt t~ in Gegenrichtung leitend. Wie aus dem Spannungsanstieg in diesem Zeitraum ersichtlich, unterstützt dieser Gegenstrom im wesentlichen die Wiederaufladung des Kondensators 18.

Bei einem ausgeführten Impulsgenerator nach der Erfindung hatten die Bauteile, die Spannungen und die Ströme etwa die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Werte. Es wurden Impulse mit einer Frequenz von 20 000 pro Sekunde ohne Benutzung eines teuren SCR erzielt. Es versteht sich, dass die angegebenen Werte sich nur auf die besondere Ausführungsform beziehen und nicht begrenzend ausgelegt werden dürfen.

Widerstand 30 5 0hm

Widerstand 48 30 000 bis 280 000 Ohm

Widerstand 50 510 Ohm

Kondensator 18 0,68 MF

Kondensator 52 0,068 MF

SCR 20 C106B11 (General Electric)

Induktanz 32 326 Millihenry

Induktanz 56 . 88 Mikrohenry

Transformator 14:

Wicklung l6 45,5 Mikrohenry

(25 Wdgn., 0,51 nun Durchm.)

Wicklung 36 Ho Millihenry

(1450 Wdgn., 0,10 mm Durchm.)

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Spannung V-Spannung V₂ Strom I. Strom I₂

Gegenstrom durch Kreis 22

Die anhand eines Ausführungsbeispiels beschriebene Erfindung kann auch Abänderungen erfahren, die im Rahmen des fachmännischen Könnens liegen.

220 Volt
-220 Volt
80 Amp.
-20 Amp.

Amp. in der Spitze.

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Claims

Patentansprüche

Impulsgenerator zur Erzeugung von periodischen Stromstössen, bei dem ein Kondensator über einen SCR in eine Transformatorwicklung entladen wird, mit einem Kommutationskreis zum Abschalten des SCH, enthaltend einen an die Ausgangsklemmen des SCR gelegten Teilkreis mit einem entgegengesetzt zum SCR gepolten Gleichrichter, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkreis eine in Reihe mit dem Gleichrichter (5Ό geschaltete Impedanz (56) von variabler Wirksamkeit enthält, um eine anfänglich hohe Gegenspannung an den SCR anzulegen und zu erreichen, dass danach ein erheblicher Gegenstrom zum Wiederaufladen des Kondensators (18) fliesst.
2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (5*0 ein Diodengleichrichter ist.
3. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz (56) von variabler Wirksamkeit eine Induktanz ist.

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