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Ubertrager für Thyristoransteuerimpulse
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Die Erfindung betrifft einen Ubertrager unipolarer Steuerimpulse zum
Ansteuern von Thyristoren, insbesondere in Umrichtern.
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Solche Ubertrager werden in Stromrichterschaltungen, z.B. in Umrichterschaltungen,
benötigt zur Potentialtrennung zwischen der elektronischen Einrichtung zur Impulserzeugung
und den zu steuernden Thyristoren sowie gegebenenfalls zur Anpassung zwischen Tmpulserzeugungseinrichtung
und Thyristorzündkanal. Die Impulserzeugungseinrichtung liegt dabei üblicherweise
auf Erdpotential, die Ansteuerelektroden des Thyristors dagegen auf Hochspannungspotential.
Das Hochspannungspotential kann sich in solchen Anordnungen betriebsmäßig mit einer
Xnderungsgeschwindigkeit du/dt von 1000 bis 5000 V/s ändern. Diese änderungen im
Potentialunterschied zwischen Primärseite und Sekundärseite des Ubertragers führen
zu Verschiebeströmen über die Koppelkapazität zwischen den Wicklungen. Durch die
Verschiebeströme werden an den Wicklungsinduktivitäten Spannungsabfälle
hervorgerufen,
die als Störspannungsimpulse Fehlzündungen der Thyristoren verursachen können.
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Zur Vermeidung der Induzierung von Störimpulsen und damit zur Vermeidung
von Störzündungen bei Thyristoren können - wie den BBC-Nachrichten, März 1968, Seite
124 und 125 entnehmbar - zwischen die Wicklungen des bertragers zwei Schirme aus
Metallfolien gewickelt werden.
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Der eine Schirm wird dabei mit Schirmerde, der andere mit der Kathode
des zugehörigen Thyristors verbunden.
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Die Kapazität zwischen den Wicklungen ist gering im Vergleich zur
Kapazität zwischen den Schirmen. Die durch die Spannungssprünge verursachten Ströme
fließen in der Hauptsache zwischen den Schirmen, so daß in den Wicklungen des Ubertragers
nur geringe Spannungen induziert werden.
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Für Ansteuerübertrager wird üblicherweise ein ferromagnetisches Material
mit hoher Sättigungsinduktion und kleiner Remanenzinduktion verwendet und zwar vorwiegend
in der Form von Ringkernen. Bei Ringkernen ist jedoch eine statische Abschirmung
der Übertragerwicklungen durch Metallfolien konstruktiv sehr aufwendig und teuer.
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Für Übertrager mit Ringkernen wurde deshalb in der DE-PS 17 63 364
vorgeschlagen, anstelle der Verwendung von Schirmen aus gewickelter Metallfolie,
die Wicklungen aus einer Koaxialleitung herzustellen, wobei die Störströme über
den äußeren Leiter der Koaxialleitung abgeleitet werden. Diese Maßnahme erwies sich,
obwohl ein gewisser Durchgriff der Störströme durch den Schirm gegeben ist, als
ausreichend, so lange die Anstiegsgeschwindigkeit der Potentialänderung noch relativ
gering war und das Übersetzungsverhältnis des fWbertragers bei 1 lag.
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Mit den heute zur Verfügung stehenden Thyristoren werden in Thyristorschaltungen
Spannungsänderungsgeschwindig-
keiten bis 5000 V/s erreicht. Außerdem
wählt man vorteilhaft ein Ubersetzungsverhältnis des Ubertragers, das wesentlich
von 1 verschieden ist. Man kann dann nämlich in der Impulserzeugungseinrichtung
die Impulse mit relativ hoher Spannung erzeugen, um die Schaltleistung der Transistoren
nutzen zu können. Bei diesen Gegebenheiten erweisen sich die bekannten Lösungen
zur Vermeidung von Störzündungen als unzureichend. Außerdem sind mit relativ dicken
Koaxialleitungen nicht große Windungszahlen auf einem kleinen Ringkern realisierbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber den bekannten
Lösungen bessere Unterdrückung von Störimpulsen bei Ubertragern für unipolare Thyristorsteuerimpulse
zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird durch einen übertrager mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielten Vorteile bestehen unter
anderem darin, daß auf jeder Seite des Ubertragers eine gute Kompensation der durch
Störströme verursachten Durchflutung erreicht wird, indem praktisch gleich große
Störströme durch die Hauptwicklung (Primär-oder Sekundärwicklung) und durch die
jeweils zugehörige Zusatzwicklung in Gegenrichtung fließen. Durch die Kompensation
der durch Störströme hervorgerufenen Durchflutungen innerhalb eines Wicklungsblocks
(Hauptwicklung mit Zusatzwicklung) bleibt die Form der Wicklungsblocks (Primär-
oder Sekundärwicklung) und ihre gegenseitige Anordnung auf dem Kern ohne Einfluß
auf die Wirksamkeit der Störimpulsunterdrückung. Man kann also bei der Gestaltung
des Übertragers in stärkerem Maße andere Randbedingungen, wie z.B. Minimierung der
Empfindlichkeit gegen Störeinflüsse von außen oder Erfordernisse der Isolierung
gegen die Hochspannung berücksichtigen.
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Auch das Windungszahlverhältnis zwischen Primär- und Sekundärwicklung
ist ohne Einfluß auf die Wirksamkeit der Störimpulsunterdrückung.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird
im folgenden beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 die elektrische Schaltung der Haupt- und Zusatzwicklungen
des ifbertragers, Fig. 2 die Anordnung von Haupt- und Zusatzwicklung auf der Primär-
und Sekundärseite des über tragers, und Fig. 3 einen Schnitt durch einen ringförmigen
bertrager mit zwei übereinander angeordneten Wicklungsblöcken.
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Dem Schaltbild in Fig. 1 ist zu entnehmen, daß die von der Impulserzeugungseinrichtung
6 kommenden Zündimpulse auf den Wicklungsanfang 1a der Primärwicklung 1 gegeben
werden. Sowohl das Ende 1b der Primärwicklung 1 als auch der Anfang 2a der zur Primärwicklung
1 gehörenden Zusatzwicklung 2 sind mit Erde 8 verbunden. Das Ende 2b der Wicklung
2 ist nicht angeschlossen. Auf der Sekundärseite ist der Anfang 4a der Sekundärwicklung
4 mit dem'Steueranschluß des Thyristors 7 verbunden. Das Ende 4b der Sekundärwicklung
4 und der Anfang 3a der zugehörigen Zusatzwicklung 3 sind mit der Kathode des Thyristors
7 verbunden. Das Ende 3b der Zusatzwicklung 3 ist nicht angeschlossen. Die Wicklungsanfänge
sind in der Zeichnung zusätzlich mit einem Punkt gekennzeichnet.
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In Fig. 2 ist die über die Wicklungen verteilte Kopplungskapazität
CW dargestellt. Außerdem ist- angedeutet, daß jeweils die Haupt- und die Zusatzwicklung
vorzugsweise gemeinsam auf den Kern 9 des Ubertragers 5 ge-
wickelt
werden, jedenfalls Haupt- und Zuatzwicklung einer Übertragerseite gleiche geometrische
Anordnung haben. Diese Bedingung ist auch dann noch erfüllt, wenn Haupt- und Zusatzwicklung
gegensinnig gewickelt werden, damit z.B. Ende ib der Primärwicklung 1 und Anfang
2a der Zusatzwicklung nebeneinanderliegen. Gleiche geometrische Anordnung kann man
auch sicherstellen, indem die Drähte der Haupt- und der Zusatzwicklung eines Wicklungsblocks
verdrillt werden. Mit der gleichen Anordnung und Windungszahl von Haupt- und Zusatzwicklung
wird erreicht, daß die Koppelkapazität CW für beide Wicklungen gleich ist und damit
auch der darüber übertragene Störstrom istör.
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Wie in Fig. 1 mit den Pfeilen angegeben, fließt bei einer bestimmten
änderung des Potentialunterschieds ein Störstrom istör von der Sekundärseite über
die Koppelkapazitäten zur Hauptwicklung 1 und in praktisch gleicher Größe zur Zusatzwicklung
2 der Primärseite und anschließend zur Erde 8. Da nur der Anfang 2a der Zusatzwicklung
2 mit Erde 8 verbunden ist, ist die Richtung des Störstroms istör in der Zusatzwicklung
2 bestimmt.
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Sie ist umgekehrt zur Stromrichtung in der Hauptwicklung 1, wodurch
sich die Durchflutungen aufheben und kein Störimpuls induziert wird. Mit Umkehrung
der Anderungsrichtung des Spannungspotentials ändert sich auch die Richtung des
Störstromflusses an sämtlichen Wicklung 1 bis 4 und die erzeugten Durchflutungen
heben sich ebenfalls wieder auf.
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Fig. 3 zeigt einen zweckmäßigen Aufbau des Ubertragers 5 und zwar
als Schnitt durch einen ringförmigen Übertrager. Man erkennt eine rotationssymmetrische
Isolierung 10 und einen ringförmigen Kern 9. Um den Kern 9 sind in einem ersten
Block die Primärwicklung 1 und die Zusatzwicklung 2 gewickelt. Durch die Isolierung
10 getrennt
ist in einem zweiten Block die Sekundärwicklung 4 mit
Zusatzwicklung 3 aufgebracht. Es wäre auch möglich, die Primär- und Sekundär-Wicklungsblöcke
nebeneinander auf dem Kern 9 anzuordnen. Die Unterdrückung von Störimpulsen wäre
in gleicher Weise gegeben. Die Anordnung nach Fig. 3 bietet jedoch bei großer Potentialdifferenz
zwischen Primär- und Sekundärseite eine bessere Isolierung, da kein Kurzschluß über
den Kern 9 zu befürchten ist. Die Wicklungsblöcke müssen nicht die gesamte Länge
des ringförmigen Kerns 9 umfassen, es genügt ein Segment, wobei die vom Primärwicklungsblock
1 und 2 bzw.
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dem Sekundärwicklungsblock 3 und 4 bedeckten Segmente nicht gleich
groß sein müssen. Diesen Vorteil kann man z.B. nutzen, um zwichen dem Sekundärwicklungsblock
3 und 4 und den Anschlußdrähten des Primärwicklungsblocks 1 und 2 den zur Potentialtrennung
notwendigen Abstand zu schaffen. Dazu wird der Sekundärwicklungsblock 3, 4 so gestaltet,
daß ein größeres vom Sekundärwicklungsblock 3, 4 nicht bedecktes Segment frei bleibt.
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