-
"Steuerimpulsgeber"
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerimpu'sgeberschaltung, insbesondere
für zweipillsige Stromrichter-Schaltungen, beispielsweise zweipulsige Thyristorstromrichter,
welche Schaltung aus einem mit einer Gleichspannung, die von einer Wechselspannung
abgeleitet ist, betriebenen Relaxationsoszillator mit einem Unijunction-Transistor
(UT), einem die Synchronisierung des Relaxationsoszillators mit dieser Sechselspannung
sicherndes Netzfilter sowie einem dem Gszillatorausgang nachgeordneten Transistorverstärker
und einen Ausgangsübertrager besteht.
-
Eine derartige Schaltung ist bekannt, zum Beispiel als Zweipulssteuergerät
für als Leistungsstellglieder in Stromrichterschaltungen verwendete Thyristoren
durch AEG-Katalog E 43.15.117/0870, Leistungshalbleiter, Impulssteuergeräte System
M u 1 t i p u 1 s (R), Seiten 65-67. Die bekannte Schaltung enthält einen mit einer
trapezförmig pulsierenden Gleichspannung betriebenen elaxationsoszillator mit einem
UT und einem dem Oszillatorausgang nachgeordneten zweistufigen
Transistorverstärker
sowie einem Ausgangsübertrager, der über die stromleitend gesteuerte Endstuffe des
Verstärkers dem Relaxationsoszillator paralleischaitbar ist.
-
Zweipuls- sowie auch Rehrpulssteuergeråte mit einem Relaxationsoszillator,
wie erwähnt, für Stromrichter allgemein, enthalten zur Aussiebung der Oberwellen
bei verzerrter Betriebswechselspannung bekanntlich auch ein Netzfilter, damit der
Oszillator sicher vor störungen durch Oberwellen, mit 1erì Netznulldurchgängen synchronisierbar
ist (vgl. oben zitierter ABC-Katalog Seiten 59 und Co). Das Netzfilter ist Bestandteil
des Steuergerätes, aber Zubehör der betreffenden Steuerimpulsgeberschaltung und
als so3 ches muß es in der Impulsgeberschaltung separat enthalten sein.
-
Die bevorzugte Verwendung eines Relaxationsoszillators mit einem UT
bei Imrulssteuergeräten für Thyristorstromrichter ist dadurch begründet, daß damit
ein ohne groBen Aufwand erstellbarer Oszillator verfügbar ist, mit dem in jeder
Halbschwingung der Betriebswechselspannung eines zweipulsigen Stromrichters, bzw.
der Phasenspannungen eines mehrpulsigen Stromrichters, eine Impulsfolge mit einer
gewünschten Anzahl von Steuerimpulsen erzeugt werden kann. Der jeweilige Einsetzzeitpunkt
der Impulsfolge und somit der Steuerwinkel ist zar wähl- und festlegbar, jedoch
wird die Wahl der Anzahl der Steuerimpulse und der Pulsfrequenz einer jeden Impulsfolge
begrenzt, da sie vom Talstrom des verwendeten UT abhängig ist. Bei einem Uniäunction-Transistor
(UT) mit einem zu kleinen Talstrom kann dieser durch den impulsbildenden Emitterstrom
nicht unterschritten werden, so daß der UT nicht in den Sperrzustand zurückkippt,
sondern ein stabiler Arbeitspunkt sich einstellt. Der Ladewiderstand des Oszillatorzeitgliedes,
der den Emitterstrom begrenzt, kann auch nicht einfach entsprechend groß eingestellt
werden, da dann der Steuerwinkel zu groß
wird und die Impulsfolge
entsprechend sr)ät beginnt (voriere Endlage der Impulsfolge). 5 wurde deshalb ein
in einen elaxationsoszillator eines Impulssteuergerätes für einen Thyristorstromrichter
zu verwendender UT nach der Höhe des Tqlstromes winter Berücksichtigung der in einer
Impulsfolge maximal vorgesehenen Impulsanzahl erst ausgesucht.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerimpulsgeberschaltung
der eingangs angegebenen Art zu finden, bei der die .dahl und Festlegung der Impulsanzahl
der Impulsfolge sowie überhaupt die Funktion der Schaltung ;ei tgehend unabhängig
von der Höhe des Taistromes des verwendeten UT ist und bei der die Synchronisierung
des Oszillators mit der Betriebswechselspannung auch sicher vor StÖrungen ist und
die Steuerimpulse zeitlich so begrenzt werden, daß keine nennenswerten zusätzlichen
Steuerverluste in den Thyristoren bei Aussteuerung in der Sperrphase des Stromrichters
entstehen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steuerkondensator
durch einen Nebenstromzweig mit einer dem Aufladestrom des Steuerkondensators in
der Durchlaßrichtung ableitenden ersten Diode sowie einem Schalttransistor eines
Transistorverstärkers überbrückt ist, welcher Stromzweig mittels des Schalttransistors
durch eine vom Ausgang des Kelaxationsoszillators angestoßene und dadurch den Schalttransistor
ansteuernde monostabile Kippstufe stromleitend schaltbar ist, und daß ein Netzfilter
nach W i e n - so dimensioniert - verwendet ist, daß der Relaxationsoszillator in
bekannter weise über einen seinem Steuerkondensator parallelschaltbaren Transistor
durch Entladung des Steuerkondensators jeweils kurz vor einem Nulldurchgang der
Wechselspannung synchronisiert wird.
-
Es zeichnet sich die erfindungsgemäß ausgebildete Schaltung im ganzen
gesehen als vorteilhaft aus zur gerätetechnischen
Ausführung und
Ausstattung von Impulssteuergeräten mit Relaxationsvillstoren für Thyristorstromrichter,
so daß diese Geräte billig und ohne Aufwand zu erstellen sind. Durch eine weitere
Ausgestaltung der Erfindung, wonach das Netzfilter nach W i e n in der erfindungsgemäßen
Steuerimpulsgeberschaltung hybrid integriert ist, können die Kosten fir die Herstellung
der Impulssteuergeräte noch zusätzlich verringert werden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Steuerimpulsgeberschaltung ist nach einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der oben erwähnte Transistorverstärker
einstufig mit einem Schalttransistor in Reihenschaltung mit dem Ausgangsübertraer
ausgeführt. Ferner sind rch eine zweite Diode zwei Ladestromwege unterschiedlicher
Widerstände des Steuerkondensators miteinander verbunden, wobei der erwähnte Nebenstromzwei
von der Kathode der zweiten Diode abzweigt und dem Emitter des UT eine mit diesen
gleichsinnig gepolte dritte Diode direkt vorangeschaltet ist, die von der Verbindung
der Ladestromwege und der ersten Diode zum Steuerkondensator und Emitteranschluß
des UT in Durchlaßrichtung angeordnet ist.
-
In Der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung, in Der bevorzugten
Ausführungsform dargestellt, und nachstehend beschrieben. Es zeigt Figur 1 eine
zweipulsige Steuerimpulsgeberschaltung mit einem Unijunctiontransistor (UT) Figur
2 eine weitere ausgebildete zweipulsige Steuerimpulsgeberschaltung nach Figur 1
Figur 3 eine zweipulsige Steuerimpulsgeberschaltung, die mit einem programmierbaren
Unijunctiontransistor (PUT) ausgeführt ist.
-
Die Steuerimpulsxeberschaltt1nrrz setzt sich zusammen aus einem Relaxationsoszillator
1 mit einem Unijunction-Transistor (UT) 1', eineer dem Oszillatorausgang nachgeordneten
monostabilen Kippstufe 2, ferner einem einstufigen Transistorverstärker 3 und einem
Ausgangsübertrager 3' (Impulstransformator), einem Netzfilter 4 mit einem Gleichrichter
4' und einem Netztransformator 5 mit Netzgleichrichter 5' und Glättungskondensator
C 5' für -iie Gleichspannungsversorgung der Impulsgeberschaltung. Das Nctzfilter
ist an einer zweiten Sekundärwicklung 53 des Netztransformators 5 angeschlossen.
An der Primarwicklung 51 des Ne tztransformators liegt eine einphasige Wechselspannung
ul. Der Netzgleichrichter 5' sowie auch der Gleichrichter 4' sind Zweiweggleichrichter.
Die beschriebene Schaltung (außer dem Netzfilter 4) erhält eine geglättete Gleichspannung
Ug2 als Betriebsspannung und liefert Steuerimpulse an die Steuerelektroden von zwei
Thyristoren Th1, Th2 eines Leistungsstellgliedes über die zwei getrennten Sekundärwicklungen
32', 33' des Ausgangsübertragers 3' gleichzeitig.
-
Der Relaxationsoszillator 1, im folgenden nur mit Oszillator bezeichnet,
ist schaltungstechnisch nach dem bekannten Prinzip aufgebaut. Es sind dem Steuerkondensator
10 des Oszillatorzeitgliedes zwei Ladestromwege 11, 12 mit unterschiedlich großen
Ladewiderständen, äe einem festen R11, R12 und je einem einstellbaren R11, R12 zugeordnet.
Mittels der Widerstände im Ladestromweg 11 ist der Steuerwinkel #1 beim Einsetzen
einer Steuerimpulsfolge in der in einer Halbperiode der einphasigen Wechselspannung
vorderen Endlage des Steuerbereichs und mittels der Widerstände im Stromweg 12 der
Steuerwinkel °42 beim Einsetzen der Impulsfolge in der hinteren Endlage des Steuerbereichs
einzustellen. Im Ladestromweg 11 liegt außerdem ein als gesteuerter Widerstand verwendeter
Transistor Teil. Mittels des Transistors 11 ist'der Steuerwinkel innerhalb des Steuerbereichs
1. .. «2 veränderbar in Abhängigkeit von einer Regelspannung, die über einen Reglereingen
1
aus einem nicht dargestellten Regler zugeführt ist.
-
Die zwei Laderstromwege 11 und 12 des Oszillatorzeitgliedes sind durch
eine vor dem Emitter des UT 1' liegenden und mit diesen gleichgepolte (als zweite
Diode bezeichnete) Entkopplungsdiode 13 miteinander verbunden. Es sind dem UT ein
(äußerer) Basis 1-Wiederstand 14 und ein (äußerer) Basis 2-Wiederstand 1 in Reihenschaitung
zugeordnet. Der Ausgang des Oszillators 1', die Basi 1 und Basis 2 des UT, sind
im vorlie?Cnder Beispiel kapazitiv gekoppelt mit dem Eingang E2 der nachgeordneten
monostabilen Kippstufe 2, die, wenn sie durch einen Impuls des Oszillators angestoßen
wird, einen usgangsimpuls bestimmter gewünschter Impulsdauer erzeugt.
-
Durch den n einstußien Transistorverstärker 3 mit einem Schalttransistor
15 wird Ije Impulsleistung des Ausgangsimpulses verstärkt und auf die Primärwicklung
31' des Ausgangsübertrage rs 5' geschaltet. Die Anode der oben erwähnten Entkopplungsdiode
13 ist über sine damit gleichsinnig gepolte,als erste bezeichnete Entkopplungsdiode
13' mit dem Kollektor des Schalttransistors verbunden. Mit dem stromleitend geschalteten
schalttransistor TS bildet die Verbindung über diese erste Diode 13' einen Nebenstromzweig
der Emitter-Basis 2-Strecke und des Basis 2 - Widerstandes 15 des UT 1'. Der Nebenstromzwei
v:ird wirksam und leitet den Emitterstrom vom UT 1' ab, sobald der Schalttransistor
stromleitend gesteuert wird.
-
Bei einer oteuerimpulsgeberschaltung gemäß der Erfindung ist ein Netzfilter
nicht wie üblich dem Netzgleichrichter für die Gleichspannungsversorgung zugeordnet,
sondern an einer zweiten Sekundärwicklung 53 des Netztransformators 5 angeschlossen,
und zwar ein Netzfilter 4 nach H i e n mit einem Reihen-RC-Glied R4, C4 als Längsglied
und einem Parallel-RC-Glied R'4, C'4 als Querglied. Am Ausgang des Netzfilters liegt
über einen Zweiweggleichrichter 4' ein Abschlußwiderstand R4'. Diesem
liegt
über einen Basiswiderstand R16 der Steuereingang einer Transistorschaltanordnung
16 mit den zwei Transistoren T16 und T16' parallel, deren Endtransistor T18' dem
Steuerkondensator 10 des Oszillators 1 direkt parallelschaltbar ist.
-
Derart angeordnet dient das Netz filter 4 nach W i s n zur .rynchronisierung
des Oszillators 1 mit der einphasigen Wechselspannung u1. Das Netzfilter 14 bewirkt
eine Phasenvershiebung der mittels, des Zweiweggleichrichters 4' gleichrichteten
un1 sinusförmig pulsierenden Wechselspannung Ug3, die zwlschen -50el und +5°el (beispielsweise)
einstnllbar ist. Die Widerstände R'4 und R4' können bedarfsweise ersetzt werden
durch den Basiswiderstand R16 als Abschlußwiderstand. . Bei den Nulldurchgängen
der Spannung Ug3 wird der Transistor T1o. vorübergehend zugesteuert, wobei ein den
Transistor T16' einschaltender Synchronisierimpuls erzeugt wird. Dadurch wir der
Steuerkondensator 10 des Oszillators bei jedem Nulldurchgang von Ug3 vollständig
entladen. Die Phasenlage der Spannung Ug 3 und des Synchronisierimpulses können
mittels des Netzfilters 4 so weit voreilend gegenüber der Wechselspannung eine stellt
werden, da.3 der Oszillator 1 jeweils kurz vor den Nulldurchgängen der einphasigen
Wechselspannung u1 synchronisiert wird, so daß in den Nulldurchgängen keine Steuerimpulse
auftreten bzw. Impuls folgen beginnen und den Thyristoren des Leistungsstellgliedes
zugeführt werden.
-
Der Steuerkondensator 10 wird, nach dem der Transistor T16' durch
die pulsierende Gleichspannung Ug3 wieder gesperrt worden ist, über den Ladestromweg
11 mit der dem Steuerwinkel α1 entsprechend eingestellten Zeitkonstante zuzüglich
einer von dem oben erwähnten Regler abhängigen Verzögerung geladen bis die Kondensatorladung
so groß geworden ist, daß am Emitter des UT 1' die Durchbruchspannung erreicht wird.
Der Kondensator 10 wird alsdann mit einem impulsförmigen Strom über die nun niederohmig
gewordene Steuerstrecke des UT und den
Widerstand 15 entladen.
Da aber der Ladestromweg 11 niederchmig sein muß, wenn der Steurwinkel α1
entsprechend klein eingestellt ist, so kann der Emitterstom nach dem erwähnten impulsförmigen
Strom über den ladenstromweg 11 und die Steuerstrecke des UT so lange weiterfließen,
als der Talstrom des UT 1' nicht unterschritter wird. Der UT kann dann nicht mehr
zurückkippen, und sein Emmiter wird nicht mehr gespert, so daß sich ein stabiler
Arbeitspunkt des UT einstellt. Die Impulsfolge geißt ab.
-
In der Schaltung gemäß der Erfindung wird dies verhindert, indem bei
der Entladung des Steuerkondensators 10 durch den impulsförmigen Emitterstrom ein
zeitlich begrenzter Rechteckimpuls c'er monostabilen Kippstufe 2 ausgelöst wird
der den Schalttransistror T3 und somit den oben erwähnten Nebenstromweig vorübergebend
einschaltet. Der Ladestrom des Oszillator-Zeitgliedes bzw. der mitterstrom fließt
über die erste Diode 13' und den Schalttransistor T3 ab, so daß der Talstrom des
UT mit Sicherheit llnterschritten und der Emitter des UT gesperrt wird. Nach den
Zurückkippen der Kippstufe 2 (Ende des Rechteckimpulses) wird über den niederohmigen
Ladestromweg 11 der Steuerkondensators ergeut aufgeladen bis zum Durchbruch des
Emiitters von 1'. Der Vorgang wieierholt sich als Steuerimpulsfolge in der beschriebenen
Weise bis zum Ende der lialbperiode der Wechselspannung u1, in der der erste Steuerimpuls
erzeugt wird. Die Anzahl der Impulse in der Steuerimpulsfolge bzw.
-
die Pulsfolgefrequenz kann beliebig und ohne Rücksicht auf die Höhe
des Telstromes des verwendeten UT eingestellt werden.
-
Um ein sicheres Ableiten des Ladestromes des Steuerkondesators bzw.
des Emitterstromes ZU gewährleisten, ist nach Fig. 2 (Schaltung eines Relaxationsoszillators
in der bevorzugten Ausführungsform) eine dritte Diode 13" zwischen Ladestromweg
12 und Emitter des UT 1' eingefügt.
-
Die Schaltung eines Relaxationsoszillators kann nach Fig. 3
it
einem programmierbaren Unijunction-Transistor (PUT) ausgeführt sein. Durch zwei
dritte Dioden 13", die auch als Zenerdiode ausgebildet sein können, wird erreicht,
daß der Strom der wird Ladestromwege 11, 12 über die erste Diode 13' abgeleitet,
sodaß auch bei Verwendung eines PUT eine Impulsfolge erzeugt wird.