DE2745082C2

DE2745082C2 - Steuerimpulsgeber

Info

Publication number: DE2745082C2
Application number: DE19772745082
Authority: DE
Inventors: Michiel Doumen; Horst 4788 Warstein Scholz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-10-07
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1984-06-28
Also published as: DE2745082A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuerimpulsgeber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Steuerimpulsgeber ist bekannt, zum Beispiel als Zweipulssteuergerät für als Leistungsstellglieder in Stromrichterschaltungen verwendete Thyristoren aus dem AEG-Katalog E 43 15 177/0870, Leistungshalbleiter, Impulssteuergeräte System Multipuls, Seiten 65—67. insbes. S. 66. Bild 2. Die bekannte Schaltung enthält einen mit einer trapezförmig pulsierenden Gleichspannung betriebenen Relaxationsoszillator mit einem Unijunction-Transistor, in der Folge auch kurz mit UT bezeichnet und einem dem Oszillatorausgang nachgeordneten zweistufigen Transistorverstärker sowie einem Ausgangsübertrager, der über die stromleitend gesteuerte Endstufe des Verstärkers dem Relaxationsoszillator parallelschaltbar ist
Zweipuls- sowie auch Mehrpulssteuergeräte 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 den Netznulldurchgängen synchronisierbar ist (vgl. oben zitierter AEG-Katalog, Seiten 59 und 60). Das Netzfilter ist Bestandteil des Steuergerätes, aber Zubehör des betreffenden Steuerimpulsgebers und als solches muß es in der Impulsgeberschaltung separat enthalten sein.

Die bevorzugte Verwendung eines Relaxationsoszillators mit einem UT bei Impulssteuergeräten für Thyristorstromrichter ist dadurch begründet, daß damit ein ohne großen 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 zwar 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 Unijunction-Transistor 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 spät beginnt (vordere Endlage der Impulsfolge). Es wurde deshalb ein in einem Relaxationsoszillator eines Impulssteuergerätes für einen Thyristorstromrichter zu verwendender UT nach der Höhe des Talstromes unter Berücksichtigung der in einer Impulsfolge maximal vorgesehenen Impulsanzahl eigens ausgesucht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerimpulsgeber der eingangs angegebenen Art zu finden, bei dem die Wahl und Festlegung der Impulsanzahl der Impulsfolge sowie überhaupt die Funktion der Schaltung weitgehend unabhängig von der Höhe des Talstromes des verwendeten UT ist und bei dem 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 durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Es zeichnet sich die erfindungsgemäß ausgebildete Schaltung im ganzen gesehen als vorteilhaft aus zur gerätetechnischen Ausführung und Ausstattung von Impulssteuergeräten mit Relaxationsoszillatoren für Thyristorstromrichter, so daß diese Geräte billig und ohne Aufwand zu erstellen sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele sei die Erfindung nachstehend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen zweipulsigen Steuerimpulsgeber mit einem Unijunction-Transistor (UT),

F i g. 2 eine Variante des zweiphasigen Steuerimpulsgebers nach F i g. 1,

F i g. 3 einen zweipulsigen Steuerimpulsgeber, der mit einem programmierbaren Unijunction-Transistor (PUT) ausgeführt ist

Der Steuerimpulsgeber setzt sich zusammen aus einem Relaxationsonzillator 1 mit einem Unijunction-Transistor (UT) 1', einer 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 C5' für die Gleichspannungsversorgung der Impulsgeberschaltung. Das Netzfilter 4 ist an einer zweiten Sekundärwicklung 53 des Netztransformators 5 angeschlossen. An der Primärwicklung 51 des Netztransformators 5 liegt eine einphasige Wechselspannung u 1. Der Netzgleichrichter 5" sowie auch der Gleichrichter 4' sind Zweiweggleichrichter. Die beschriebene Schaltung (außer dem Netzfilter 4) erhält eine geglättete Gleichspannung Ug 2 als Betriebsspannung und liefert Steuerimpulse an die Steuerelektroden von zwei Thyristören Th\, Th2 eines Leistungsstellgliedes, und zwar 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, je einem festen R 11, R 12 und je einem einstellbaren Ru', Rn zugeordnet. Mittels der Widerstände im Ladestromweg 11 ist der Steuerwinkel a\ 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 «2 beim Einsetzen der Impulsfolge in der hinteren Endlage des Steuerbereichs einzustellen. Im Ladestromweg 11 liegt außerdem ein als gesteuerter Widerstand verwendeter Transistor TIl. Mittels des Transistors 11 äst der Steuerwinkel innerhalb des Steuerbereichs x\ ... »2 veränderbar in Abhängigkeit von einer Regelspannung, die über einen Reglereingang Ei aus einem nicht dargestellten Regler zugeführt ist.

Die zwei Ladestromwege 11 und 12 des Oszillatorzeitgliedes sind durch eine vor dem Emitter des UT Γ liegenden und mit diesem gleichgepolte (als zweite Diode bezeichnete) Entkopplungsdiode 13 miteinander verbunden. Es sind dem UT ein (äußerer) Basis-1 -Widerstand 14 und ein (äußerer) Basis-2-Widerstand 15 in Reihenschaltung zugeordnet. Der Ausgang des Oszillators 1, die Basis 1 und Basis 2 des UT, sind im vorliegenden Beispiel kapazitiv gekoppelt mit dem Eingang E 2 der nachgeordneten monostabilen Kippstufe 2, die, wenn sie durch einen Impuls des Oszillators 1 angestoßen wird, einen Ausgangsirnpuls bestimmter gewünschter Impulsdauer erzeugt. Durch den einstufigen Transistorverstärker 3 mit einem Schalttransisior T3 wird die Impulsleistung des Ausgangsimpulses verstärkt und auf die Primärwicklung 31' des Ausgangsübertragers 3' geschaltet Die Anode der obenerwähnten Entkopplungsdiode 13 ist über eine damit gleichsinnig gepolte, als erste bezeichnete Entkopplungsdiode 13'mit dem Kollektor des Schalttransistors verbunden. Mit oem stromleitend geschalteten Schalttransistor T3 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 Nebenstromzweig wird wirksam und leitet den Emitterstrom vom UT Γ ab, sobald der Schalttransistor T3 stromleitend gesteuert wird.

Bei einer Steuerimpulsgeberschaltung 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 Wien mit einem Reihen-ÄC-Glied R 4, C 4 als Längsglied und einem Parallel-/?C-Glied R '4, C'4 als Querglied. Am Ausgang des Netzfilters liegt über einen Zweiweggleichrichter 4' ein Abschlußwiderstand R 4'. Diesem liegt über einen Basiswiderstand R 16 der Steuereingang einer Transistorschaltanordnung 16 mit den zwei Transistoren T16 und T16' parallel, deren Endtransistor T16' dem Steuerkondensator 10 des Oszillators 1 direkt parallelschaltbar ist. Derart angeordnet dient das Netzfilter 4 nach Wien zur Synchronisierung des Oszillators 1 mit der einphasigen Wechselspannung u 1. Das Netzfilter 4 bewirkt eine Phasenverschiebung der mittels des Zweiweggleichrichters 4' gleichgerichteten und sinusförmig pulsierenden Wechselspannung Ug3, die zwischen —5°el und +5°el (beispielsweise) einstellbar ist. Die Widerstände R'4 und R 4' können bedarfsweise ersetzt werden durch den Basiswiderstand R 16 als Abschlußwiderstand. Bei den Nulldurchgängen der Spannung Ug3 wird der Transistor T16 vorübergehend in den Sperrzustand gesteuert, wobei ein den Transistor T16' einschaltender Synchronisierimpuls erzeugt wird. Dadurch wird der Steuerkondensator 10 des Oszillators 1 bei jedem Nulldurchgang von Ug 3 vollständig entladen. Die Phasenlage der Spannung Ug 3 und des Synchronisierimpulses können mittels des Netzfilters 4 so weit voreilend gegenüber der Wechselspannung eingestellt werden, daß der Oszillator 1 jeweils kurz vor den Nulldurchgängen der einphasigen Wechselspannung u 1 synchronisiert wird, daß in den Nulldurchgängen keine Steuerimpulse auftreten bzw. Impulsfolgen beginnen und den Thyristoren Th 1, Th 2 des Leistungsstellgliedes zugeführt werden.

Der Steuerkondensator 10 wird, nach dem der Transistor Γ16' durch die pulsierende Gleichspannung Ug 3 wieder gesperrt worden ist, über den Ladestromweg 11 mit der dem Steuerwinkel oi\ entsprechend eingestellten Zeitkonstante zuzüglich einer von dem obenerwähnten Regler abhängigen Verzögerung geladen bis die Kondensatorladung so groß geworden ist, daß am Emitter des UT l' 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 niederohmig sein muß, wenn der Steuerwinkel oc\ entsprechend klein eingestellt ist, so kann der Emitterstrom nach dem erwähnten impulsförmigen Strom über den Ladestromweg 11 und die Steuerstrecke des UT so lange weiterfließen, als der Talstrom des UT Γ nicht unterschritten wird. Der UT kann dann nicht mehr zurückkippen, und sein Emitter wird nicht mehr gesperrt, so daß sich ein stabiler Arbeitspunkt des UT einstellt. Die Impulsfolge reißt 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 der monostabilen Kippstufe 2 ausgelöst wird, der den Schalttransistor Γ3 und somit den obenerwähnten Nebenstromzweig vorübergehend einschaltet. Der Ladestrom des Oszillatorzeitgliedes bzw. der Emitierstrom fließt über die erste Diode 13' und den Schalttransistor T3 ab, so daß der Talstrom des UT mit Sicherheit unterschritten und der Emitter des UT gesperrt wird. Nach dem Zurückkippen der monostabilen Kippstufe 2 (Ende des Rechteckimpulses) wird über den niederohmigen Ladestromweg 11 der Steuerkondensator erneut aufgeladen bis zum Diirchbruch des Emitters von UT 1'. Der Vorgang wiederholt sich als Steuerimpulsfolge in der beschriebenen Weise bis zum Ende der Halbperiode der Wechselspannung u 1, 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 Talstromes des verwendeten UT eingestellt werden. Um ein sicheres Ableiten des Ladestromes des Steuerkondensators 10 bzw. des Emitterstromes zu gewährleisten, ist nach F i g. 2 eine dritte Diode 13" zwischen Ladestromweg 12 und Emitter des UT 1' eingefügt.

Die Schaltung eines Relaxationsoszillators kann nach F i g. 3 mit einem programmierbaren Unijunction-Transistor (PUT) ausgeführt sein. Durch zwei dritte Dioden 13", die auch als Zenerdiode ausgebildet sein können, 30 wird erreicht, daß der Strom der Ladestromwege 11,12 über die erste Diode 13' abgeleitet wird, so daß auch bei Verwendung eines PUT eine Impulsfolge erzeugt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerimpulsgeber, insbesondere für zweipulsige Stromrichter-Anordnungen, bestehend aus einem Relaxationsoszillator (1) mit einem Unijunction-Transistor (UT) (I') und einem Steuerkondensator (10), dem zwei Ladestromwege (11, 12) zugeordnet sind, wobei der eine (11) einen von einer Steuerspannung beaufschlagten Transistor (TU) enthält und die vordere Steuerimpulsendlage bestimmt und der andere Ladestromweg (12) die hintere Steuerimpulsendlage bestimmt, wobei beide Ladestromwege (11, 12) durch eine dem Emitter des UT (1') vorgeschaltete, mit diesem gleichsinnig gepolte zweite Diode (13) miteinander einseitig stromleitend verbunden sind, ferner einesi die Synchronisierung des Relaxationsoszillators (1) mit einer Wechselspannung sicherndes Netzfilter (4) sowie einem dem Oszillatorausgang nachgeordneten Transistorverstärker (T3) und einem Ausgangsübertrager (3'), dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkondensator (10) durch einen Nebenstromzweig mit einer den Aufladestrom des Steuerkondensators (10) in der Durchlaßrichtung ableitenden ersten Diode (13') sowie einem Schalttransistor (TZ) des Transistorverstärkers (3) überbrückt ist, welcher Nebenstromzweig mittels des Schalttransistors (TJ) durch eine vom Ausgang des Relaxationsoszillators (1) angestoßene und dadurch den Schalttransistor (T3) ansteuernde monostabile Kippstufe (2) stromleitend schaltbar ist und daß ein Netzfilter (4) nach Wien — so dimensioniert — verwendet ist, daß der Relaxationsoszillator, der in bekannter Weise über einen seinem Steuerkondensator (10) parallelgeschalteten Transistor (T 16') durch Entladung des Steuerkondensators (10) synchronisierbar ist, hier jeweils kurz vor einem Nulldurchgang der Wechselspannung (u 1) synchronisiert wird.

2. Steuerimpulsgeberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenstromzweig von der Verbindung des einen Ladestromweges (11) und der zweiten Diode (13) abzweigt.

3. Steuerimpulsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Verbindung des zweiten Ladestromweges (12) und der zweiten Diode (13) zum Steuerkondensator (10) und zum Emitteranschluß des Unijunction-Transistors (Γ) eine dritte Diode (13") in Durchlaßrichtung angeordnet ist.

4. Steuerimpulsgeber nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Unijunction-Transistors (Γ) ein programmierbarer Unijunction-Transistor (PUT) verwendet ist.

5. Steuerimpulsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß darin das Netzfilter (4) hybrid integriert ist.