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Die Erfindung betrifft einen Steuerschaltung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 für einen synchron bei den Nulldurchgängen einer Wechselspannung
zur Stromversorgung eines Verbrauchers während einzelner Halbperioden der Wechaelspannung
einmal eingeschalteten Thyristorschalter die einen mechanischen Umschalter enthält
,mit welchem nach dem Umschalten in die Arbeitsstellung in einem beliebigen Zeitpunkt
die Zündung und Einschaltung des Thyristorsxhalters beim nächstfolgenden Nuldurchgang
und Polaritätswechsel der Wechselspannung , bei dem der Thyristorschalter zündfähig
wird bewirkt wird Mit einem derartigen gewöhnlich,aus einem Thyristor bestehenden
Schalter werden bestimmte Verbraucher , wie z3 Betätigungsmagnete ,Elektroschweißgeräte
, Prüfgeräte usw. zur Strom -versorgung während ausgewählter Halbperioden einer
Betriebswechselspannung jeweils kurz nach einem Nulldurchgang der Wechselspannung
auf dieselbe geschaltet . Vorbereitet ubd damit ausgewählt wird diese Aufschaltung
, , indem ein Mikroschalter oder ein Relaiskontaktbin einem beliebigen Zeitpunkt
betätigt wird 9wodurch dann zu Beginn der nächstfolgenden Ralbperiode der Wechselspannung
der Thyristor durch einen Steuerimpuls eingeschaltet wird Durch die Druckschrift
RCA ICAN 4158 9 Application of the RCA-CA 3059 Zero-Voltage Switch, Seiten 9 und
10, ist eine Schaltung zum Steuern des Schaltens eines Triac je einmal synchron
bei den Nulldurchgängen einer Wechselspannung während einzelner Ralbperioden (Power
One-Shot Control) bekannt weiche Schaltung sämtliche Merkmale einer Steuerschaltung
nach dem Obergriff des Patentanspruchs 1 aufweist und ferner logische sowie elektronische
Bausteine zusätzlich enthält Mit der betreffenden Steuerschaltung wird der Triac
nch dem Einschalten durch Betätigung eines mechanischen Umschalters (Drückerkontakt)
erst dann wieder eingeschaltet , wenn inzwischen der Drücker losgelassen wird und
erneut betätigt isB , Bei dieser sowie ach bei einer Steuerschaltung, die lediglich
die eingangs angegebenen Merkmale aufweist, kann es bei
Verwendung
eines mechanischen Umschalters mi nicht prellfreier Kontaktgabe zu einem zweimaligen
Einschalten des Thyristor schalters ,einmal während einer durch die erste Kontaktgabe
der Umschaltkontakte vorgewählten Halbperiode der Betriebswechselspannung und einmal
während der nächstfolgenden Halbperiode , in der der Thyristor zündfähig ist , kommen
was bei bestimmten Anwendungen dieser Steuerschaltungen beispielsweise für sog.
Klammergeräte ,Nietbolzenschießgeräte unerwünscht ist , da die Betriebssicherheit
gefährdet und der Stromverbrauch unnütz erhöht wird . Das zweimalige Einschalten
ist besonders dann wahrscheinlich ,wenn die Kontakte kurz nach Beginn der Ralbperiode
aus der ersten Kontaktgabe
abheben Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Steuerschaltg.
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für einen Thyristorschalter mit den eingangs angegebenen Merkmalen
und mit einem mechanischen Umschalter zu schaffen die so ausgebildet ist ,dass damit
auch bei nicht prellfreier Kontakt gabe des Schalters die Einschaltung des Thyristors
jeweils einmal nur in vorgewählten einzelnen Halbperioden der Betriebswechselspannung
gesteuert wird Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß der im Patentanspruch
1 als Erfindung gZkennzeichneten technischen Lehre darin bestehend , dass die Steuerschaltung
aus einem Stromzweig mit einer ersten bezüglich des Thyristorschalters entgegengesetzt
gepolten Diode' und einem Kondensator ,wicher bei in Ruheschaltstellung befindlichem
mechanischen Umschalter über eine zweite mit der ersten gleichsinnig gepolten Diode
und einem iderstand an der Betriebswechselspannung angeschlossen ist und den ladestromkreis
des Kondensators bildet, und aus einem den Kondensator und ferner die Steuerstrecke
des Thyristorschalters , einen Widerstand und einen Rilfsthyristor in Reihenschaltung
enthaltenden Stromzweig besteht, über den der in der Arbeitsschaltstellung umgestellten
mechan.
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Umschalter und den jeweils nach den Nulldurchgängen , bei denen derThyristorschalter
jeweils zündfähig wird , synchron anggsteuerten Hilfsthyristor einen geschlossenen
Stromkreis den Zündstromkreis des Thristorschalters bildet , und dass
die
erwähnte Reihenschaltung des Zündstromkreises durch einen Stromzweig mit einem Transistor
überbrückt ist der in Abhängigkeit vom Anodenstrom des Thyristorschalters stromleitend
geschaltet ist Entsprechend einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Steuerelektrode
des Thyristorschalters und die Basiselektrode des in Abhängigkeit vom Anodenstrom
des Thyristorschalters stromleitend geschalteten Transistors über einen Widerstand
eines Rethen-RC-Gliedes miteinander verbunden , dessen Kondensator der Steuerstrecke
des Transistors parallelliegt (Patentanspruch 3) Damit wird der an sich bekannte
Zusammenhang zwischen dem Grössenwert der Spannung über der Steuerstrecke des Durchlaßstrom
führenden Thyristorschalters welche Spannung geringzügig kleiner als die Spannung
zwischen der Anode und der Kathode des Thyristorschalters ist (siehe Controlled
Rectifier Manual , Ausgabe von 1972 der General Electric Cie Seite 75) n und dem
Grössenwert des Durchlaßstromes ausgenutzt, um den Anodenstrom meßtechnisch für
eine gesicherte Ansteuerung des in Abhangigkeit vom Anodenstrom stromleitend gesehalteten
Transistors zu erfassen . Die Kapazität des Reihen-RC@-Gliedes ist der Basis-Emitter-Strecke
desTransistors parallelgeschaltet, so dass dadurch eine verzögerte Ansteuerung des
Transistors bewirkt wird . Andererseits ist ein ohmsche Widerstand der Steuerstrecke
des Thyristorschalters parallelgeschaltet Einer weiteren Ausbildung der Erfindung
entspricht ferner ein Stromzweig mit einem Signalthyristor r der an der Verbindung
des Widerstandes und der zweiten Diode des lade stromkreises abzweigt, welchem Thyristor
ein ohmscher Spannungsteiler, der an der Betriebswechselspannung angeschlossen ist
, zugeordnet ist 9 und ferner ein Steuerstromzweig mit einem ohmschen Widerwtand
, der zur Steuerelektrode des Rilfsthyristors des Zündstromkreises für den Thyristorschalter
abzweigt (Anspruch 2) Der erwähnte Signalthyristor nimmt die Funktion eines Synchronisationsschalters
ein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und ist nachstehend beschrieben Die Zeichnung zeigt eine Steuerschaltung gemäß der
Erfindung für einen Thyristorschalter T ,welcher synchron bei den Nulldurchgängen
einer Wechselspannung u zur Stromversorgung eines induktiven Verbrauchers Rt während
einzelner Halb -periodem derselben einmal eingeschaltet wird . Sie besteht aus einem
Iatestromkreis 1 mit einem Kondensator C2 , einem Widerstand 1 und zwei gleichsinnig
gepolten Dioden 11 und 12 in Reihenschaltung ,in der die beiden Dioden bezüglich
des Thyristors T entgegengesetzt gepolt sind und in der ferner die Kontaktstrecke
eines in Ruheschaltstellung 0 befindlichem mechanischen Umschalters S liegt . Des
weiteren besteht die Steuerschaltung aus-einem Zündstromkreis 2 für den Thyristor
T mit dem Kondensator C2 ,der Steuerstrecke St des Thyristors einem Widerstand 21
und einem Hilfsthyristor 22 ,der so gepolt ist ,dass er den Entladestrom des Kondensators
C2 als Zündstrom zum Thyristor T führt . In dem Zündstromkreis liegt ferner die
Kontaktstrecke des in der Arbeitsschaltstellung I befindlichen mechanischen Umschalterws|S
. Die Reihenschaltung der Steuerstrecke St , des Widerstandes 21 und des Hilfs-
und Zündthyristors 22 , das ist ein Teil des Zündstromkreises 2 hat einen Nebenschluß
mit einem Transistor 3 , der in Abhängigkeit vom Anodenstrom des Thyristors T stromleitend
schaltbar und damit die Reihenschaltung St ,21 ,22 überbrückbar ist zwecks Wegnahme
des Zündstromes von der Steuerstrecke ist Schliesslich enthält die Steuerschaltung
einen von der Verbindung V zwischen 13 und 12 abzweigenden Strompfad mit einem Signalthyristor
4 , dem ein an die Wechselspannung u angeschl.
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ohmscher Spannungsteiler 41 zugeordnet ist , ferner einen von V abzweigenden
Steuerstromzweig mit einem Widerstand 42 Dem Transistor 3 ist ein Steuerktreis zugeordnet
, bestehend, aus einem Reihen-RC-Glied R3 ,C3 , dessen Kondensator der Steuerstrecke
des Transistors 3 parallelliegt und dessen Widerstand R3 die Steuerelektrode von
T mit der Basiselektrode des Transistors verbindet . Der Steuerstrecke St von T
ist ein ohmscher Widerstand 3@@ parallelgeschlaltet , welcher auch
dem
Reihen-RC-Glied parallelliegt Ohne Mitwirkung des Transistors 3 und des zugehörigen
Steuerkreises ist die Wirkungsweise der Steuerschaltung wie folt beschrieben Der
Umschalter S befinde sich in der Ruheschaltatellung 0, so dass der ladestromkreis
1 gesculossen ist und der Kondensator G2 während der für den Thyristor T negativen
Halbperioden der Wechselspannung u aufgeladen oder nachgeladen wird . Zu Beginn
der positiven Halbperiode von u ist der Thyristor 4 noch gesperrt. Dieser wird durchgeschaltet
wenn die Spannung am Spannungsteiler 41 auf den Wert angestiegen ist , bei dem er
zundfähig wird . Der Zeitpunkt der Zündung wird durch das Widerstandsverhältnis
des Spannungsteilers sowie durch die Parallelkapazität Cl festgelegt X die zu einem
der Widerstände von 41 parallelliegt In der Steuerschaltung sind die ohmschen Widerstände
13 , 42, 21 , 31 sowie ein zwischen 42 und 21 liegender Widerstand parallel zur
Steuerstrecke des Hilfsthyristors 22 in Reihe geschaltet und bilden einen Spannungsteiler
Jeweils zu Beginn einer für T sowie für den Thyristor 4 positiven Halbperiode von
u wird , während der Thyristor 4 noch sperrt , der Hilfsthyristor angesteuert und
damit auch Thyristorschalter T angesteuert, falls der Kondensator C2 aufgeladen
ist 0 Mithin wirken der erwähnte Spannungsteiler und Thyristor 4 zusammen synchronisierend
auf die übrige Schaltung ein . aer Kondensator C2 wird , wie bereits erläutert während
der negativen Halbperioden von u im Ladestromkreis 1 zündbereit für die Thyristorschalter
T aufgeladen Wird der Umschalter S während der einer positiven Ralbperiode vorangehenden
Periode von u betätigt und damit der Zündstromkreis 2 geschlossen, , dann wird die
elektrische Ladung des Kondensators G2 durch den zu Beginn der betreffenden positiven
Ealbperiode angesteuerten und dann durchgeschalteten Hilfsthyristor 22 auf die Steuerstreck
des Thyristors T geschaltet und durch diesen die positive Halbperiode von u auf
die Verbraucher geschaltet. Am Ende dieser Halbperiode hört die Stromführung des
einmal durchgeschalteten Schalters T auf
Falls nun S beim Betätigen
nicht prellfrei umscualtet und die Prellzeit des Schaltkontaktes - das ist t die
Zeit zwischen der ersten und der dauerhaften Kontaktgabe - verhältnismäßig so kann
es zum Zünden von T in zwei aufeinanderfolgenden positiven Halbperioden (sog.Doppelzünden)
insbesondere dann kommen , wenn das Prellen kurz nach einem Nulldurchgang ins Positire
und auch nach Zündung des Thyristors 4 geschieht , das Abheben des Kontaktes aber
noch zuvor geschieht . Dabei kommt es beim Abheben aus der Arbeitsschaltstellung
I zum löschen des Thyristors 22 . Kondensator C2 behält eine Restladung, die während
der nächsten positiven Halbperiode die Ansteuerung des Thyristorschalters bewirkbn
kann . Geschieht hingegen die erste Kontakt gabe erst nach dem Durchzünden von 4
, so kann das Doppel zünden nicht eintreten . Bemerkenswert ist noch der Fall ,wo
die dauerhafte Kontaktgabe schon vor dem Durchzünden des Thyristors 4 geschieht
. Dann kann es zum einmaligen Durchschalten des Thyristorschalters T in der betr.
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positiven Halbperiode unmittelbar kommen , wenngleich dieselbe mit
der ersten Kontaktgabe in der vorangehenden Halbperiode ausgewählt ist Mit der Anordnung
des Transistors 3 im Nebenschluß der Reihenschaltung St , 21 ,22 des Zündstromkreises
2 sowie des dem Transistor 3 zugeordneten Steuerkreises nach Patentanspruch 3 wird
das sog. Doppelzümden bei Verwendung eines nicht prellfreien Umschalters jedenfalls
sicher verhindert . der Widerstand 31 wird dafür so bemessen , dass Transistor 3
erst dann sufgesteuer + wird ,wenn ein Anodenstrom durch T fliesst ,der so hoch
ist ,dass die Stromstärke für den erreichten durch -geschalteten Zustand des Thyristors
T als signifikant anzusehen ist . über den aufgesteXerten Transistor 3 und den in
der Stellung 1 befindlichen Umschalter S wird eine im Kondensator C2 infolge der
durch das Abheben unterbrochenen Kontakt gabe etwa enthaltene Restladung beseitigt
. Damit kann bei der Wiederherstellnng der Kontaktgabe nach dem Prellen der Schalter
T nicht mehr erneut gezündet werden . Sind dagegen Dauer und Zeitlage der ersten
Kontaktgabe schon ausreichend
für das Zünden und Durchschalten
des Thyristorschalters so wird dadurch C2 so weit entladen , dass die verbleibende
Restladung nicht mehr zur Zündung bei der zweiten Kontaktgabe in der betreffenden
positiven Halbperiode von u aus reichend ist fDie Zeitkonstante R3 C3 des Reihen-RC-Gliedes
wird so groß bemessen , dass der Zündimpuls für T nicht schon gleichzeitig an die
Basis des Transistors 3 und die Steuerelektrode des Thyristorsc8alters gelangen
kann
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