DE3300452A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung eines wechselstroms - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Wechselstroms
• Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Wechselstroms, der in einer Last fließt.
• Die Steuerung kann dabei in einer Ein- und Ausschaltung des Wechselstroms oder in einer kontinuierlichen Änderung des Wechselstroms bestehen.
• Es ist bekannt, Wechselstrom über gesteuerte Gleichrichter, d.h. Thyratrons, Thyristoren oder Triacs zu steuern. Eine kontinuierliche Änderung des Stroms erfolgt dabei durch Phasenanschnitt, d.h. das Thyratron o.dgl. wird periodisch mit der Frequenz des Wechselstroms gezündet und ist dann jeweils vom Zündzeitpunkt bis zum Ende der jeweiligen Halbwelle leitend. Durch Veränderung der Phase der Zündzeitpunkte gegenüber der anliegenden Wechselspannung kann die mittlere Leistung des Wechselstroms verändert werden. Eine solche Phasenanschnittsteuerung liefert keine sinusförmigen Strom. Sie führt zu Funkstörungen und Störungen im Netz.
• Es ist bekannt, einen Wechselstrom so zu steuern, daß Jeweils s nur volle Wellen des Wechselstroms fließen, zwischen denen Lücken von jeweils einer oder mehreren vollen Perioden des Wechselstroms auftreten. Die Steuerung der effektiven Leistung erfolgt dadurch, daß entweder zwischen zwei aufeinanderfolgenden einzelnen Wellen des Wechselstroms Lücken von mehr oder weniger vollen Perioden auftreten oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden, je einer Periode des Wechselstroms entsprechenden Lücken mehr oder weniger Wellen auftreten. Eine solche Anordnung ist hinsichtlich ihres Oberwellengehalts und der Störung des Netzes günstiger als eine Phasenanschnittsteuerung. Sie ist aber relativ aufwendig, gestattet eine Veränderung der Leistung nur in Stufen und führt auch nicht zu einem sauberen Wechselstrom im Ausgangskreis.
• Wenn mit einer Phasenanschnittsteuerung oder ähnlichen Steuerungsmitteln eine Abschaltung des Wechselstroms erfolgen soll, so wird diese Abschaltung jeweils mit einer unkontrollierbaren Verzögerung wirksam, die bis zu einer Halbwelle der Wechselspannung betragen kann. Ein "gezündeter" gesteuerter Gleichrichter bleibt nach dem Zünden leitend, bis die anliegende Wechselspannung wieder durch Null geht, und zwar auch dann, wenn die eine Zündung auslösende Steuerspannung wegfällt. Erfolgt die Zündung kurz nach Beginn der Halbwelle, dann bleibt der gesteuerte Gleichrichter auf jeden Fall noch während dieser Halbwelle leitend.
• Das ist für manche Anwendungen höchst unerwünscht.
• Es sind Halbleiterbauteile wie Transistoren oder Feldeffekttransistoren bekannt, die durch ein Steuersignal praktisch ohne Verzögerung aus einem leitenden Zustand in einen Sperr7ustand umschaltbar sind. Ein Feldeffekttransistor kann mit seiner Drain-Source-Strecke als steuerbarer Widerstand benutzt werden, dessen Widerstandswert durch ein Signal an der Steuerelektrode kontinuierlich veränderbar ist. Diese Halbleiterbauteile erfordern jedoch eine bestimmte Polarität der anliegenden Spannung und können daher nicht in einen Wechselstromkreis eingeschaltet werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Halbleiterbauteilen aufgebaute Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Wechselstroms zu schaffen, welche einen im wesentlichen sinusförmigen Wechselstrom im Ausgangskreis liefert und ohne wesentliche Verzögerung abschaltbar ist.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß (a) eine Gleichrichterbrücke mit ihren Eingangsklemmen in Reihe mit der Last an einem Wechselspannungseingang liegt und (b) zwischen den Ausgangsklemmen der Gleichrichterbrücke ein steuerbarer Schalter oder Widerstand liegt.
• Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Wechselstroms.
• Fig. 2 und 3 veranschaulichen Abwandlungen der Schaltung von Fig. 1.
• Eine We'chselspannung U liegt an einem Wechselspannungsv eingang mit Klemmen 10 und 12 an. Zwischen den Klemmen 10 und 12 liegt ein Stromkreis mit einer Last 14 und einer Gleichrichterbrücke 16. Die Gleichrichterbrücke 16 liegt mit ihren Eingangsklemmen 18,20 in Reihe mit der Last 14 in diesem Stromkreis. Die Gleichrichterbrücke 16 enthält in üblicher Weise vier Dioden 22,24,26 und 28, die jeweils in Richtung von den Eingangsklemmen 18,20 weg zu Ausgangsklemmen 30,32 hin leitend sind. Zwischen den Ausgangsklemmen 30 und 32 liegt die Drain-Source-Strecke eines Feldeffekttransistors 34, der von einer Steuerspannung Ust an einem Steuereingang 36 gesteuert wird.
• Die Last 14 kann ein ohmscher Widerstand, eine Kapazität, eine IndUktivität oder eine Kombination davon sein. Bei einer Anwendung ist die Last 14 die Primärwicklung eines Transformators.
• Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist wie folgt: Wenn der Feldeffekttransistor 34 leitend ist, fließt über die Last 14 ein Wechselstrom. Für die positive Halbwelle des Wechselstroms verläuft der Strompfad von der Klemme 10, über die Last 14, die Diode 22, die Ausgangsklemme 30 der Gleichrichterbrücke 16, den Feldeffekttransistor 34, die Ausgangsklemme 32 der Gleichrichterbrücke 16 und die Diode 28 zur Klemme 12. Für die negative Halbwelle verläuft der Strompfad von der Klemme 12 über die Diode 26, die Ausgangsklemme 30 der Gleichrichterbrücke 16, den Feldeffekttransistor 34, die Ausgangsklemme 32 der Gleichrichterbrücke 16, die Diode 24 und die Last 14 zur Klemme 10. Der Feldeffekttransistor 34 liegt in den Strompfaden beider Halbwellen der Wechselspannunq. Er liegt aber bei beiden Halbwellen an Spannung der glcicllerl Polarität. Durch Ansteuerung des Feldeffekt- transistors 34 kann dessen Widerstand verändert und damit die Amplitude des über die Last 14 fließenden Wechselstroms variiert werden.
• Es kann aber auch der Feldeffekttransistor 34 als elektronischer Schalter gesteuert werden, der entweder leitend oder nichtleitend ist. Dadurch kann der Wechselstrom durch ein elektrisches Signal mittels eines Halbleiterbauteils verzögerungsfrei abgeschaltet werden.
• Statt eines Feldeffekttransistors kann, wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, auch ein NPN-Bipolartransistor 38 oder ein PNP-Bipolartransistor 40 als elektronischer Schalter vorgesehen sein..
• Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung ist ein Hochspannungs-Isolierölprüfgerät. Bei einem solchen tauchen zwei Elektroden in einen Behälter mit dem zu prüfenden Isolieröl. Über einen Transformator, dessen Primärwicklung die Last 14 der vorstehend beschriebenen Schaltung darstellt und der als Regeltransformator ausgebildet ist, wird eine Hochspannung an die Elektroden angelegt. Diese Hochspannung wird stetig erhöht, bis ein überschlag zwischen den Elektroden stattfindet. Zur Vermeidung von Funkstörungen muß dann die Hochspannung schnell abgeschaltet werden. Das kann mit der beschriebenen Schaltung durch Sperren des Feldeffekttransistors 34 geschehen.

Claims (4)

1. Patentansprüche 9 Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Wechselstroms, der in einer Last (14) fließt, dadurch gekennzeichnet, daß (a) eine Gleichrichterbrücke (16) mit ihren Eingangsklemmen (18,20) in Reihe mit der Last (14) an einem Wechselspannungseingang (10,12) liegt und (b) zwischen den Ausgangsklemmen (30,32) der Gleichrichterbrücke (16) ein steuerbarer Schalter oder Widerstand (34) liegt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Widerstand ein Feldeffekttransistor (34) ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der zwischen den Ausgangsklemmen (30.32) der Gleichrichterbrücke (16) liegenden Drain-sourcestrecke des Feldeffekttransistors (34) durch eine stetig veränderbare Spannung (Ust) ) an der Steuerelektrode stetig veränderbar ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor (34) als gesteuerter Schalter durch eine Spannung (Ust) an der Steuerelektrode zwischen einem leitenden und einem nicht-leitenden Zustand umschaltbar ist.