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Anordnung zur Ubertragung eines Steil-Langimpulses
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als Impulskette zur Zündung eines Thyristors Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zur Ubertragung eines Steil-Langimpulses als Impulskette zur Zündung
eines Thyristors mittels eines Impulsübertragers, dessen Primärwicklung über einen
periodisch ansteuerbaren Schalter an eine Stromversorgung und dessen Sekundärwicklung
an die Zündelektrode und die Kathode des Thyristors angeschlossen ist, wobei zur
Erzeugung des Steilimpulses bei jedem Impulsbeginn ein Kondensator über die Primärwicklung
entladen wird.
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Solche Anordnungen zur Ubertragung eines Steil-Langimpulses als Impulskette
sind im Handel erhältlich. Diese Anordnungen dienen zur potentialfreien Zündung
von Thyristoren mit Hilfe von Kettenimpulsen. Die Potentialtrennung wird mit dem
Impulsübertrager sichergestellt.
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Zur Ansteuerung von Frequenzthyristoren und von Netzthyristoren mit
amplifying gate muß bei Impulsbeginn der Impulskette ein Steilimpuls aufgesetzt
sein. Durch den Steilimpuls muß eine ausreichende Stromanstiegsgeschwindigkeit im
Gate des Thyristors (lA/zrsec) erzielt werden.
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Außerdem muß gewährleistet sein, daß der Gatestrom nach der Zündung
nicht wieder durch die Gitterrückwirkung verschwindet, worunter man eine während
des Stromaufbaus im Thyristor auftretende hohe Gitter-Kathodenspannung von etwa
30 V versteht, die dem Zündstrom entgegenwirkt.
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Bei der bekannten Anordnung wird der Thyristor von einer Hilfsspannungsquelle
aufgeladen, deren Spannung größer als die Spannung der Stromversorgung ist. Beim
Einschalten
des Schalters, der ein Transistor sein kann, wird der
Kondensator über einen Strombegrenzungswiderstand entladen, womit der Steilimpuls
abgeschlossen ist. Von diesem Zeitpunkt an fließt der Zündstrom über die Primärwicklung
und den Schalter. Der Sekundärwicklung ist normalerweise noch ein Kondensator kleiner
Kapazität parallel geschaltet, der kapazitiv eingekoppelte Störströme so bedämpfen
soll, daß der Thyristor nicht irrtümlich gezündet wird. Solche Ströme, die über
die Koppelkapazität der Wicklungen des Impulsübertragers fließen, treten bei Potentialsprüngen
am Thyristor auf.
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Solche Potentialsprünge werden beispielsweise durch die Zündung anderer
Thyristoren hervorgerufen. Eine Sperrdiode im Sekundärkreis verhindert das Fließen
eines negativen Zündstromes. Außerdem wird durch ihre Schwellspannung die Empfindlichkeit
gegenüber Fehlzündungen vergrößert, da der zur Sekundärwicklung parallelgeschaltete
Kondensator mindestens auf die Summe der Schwellspannungen dieser Diode und des
Thyristors umgeladen werden muß.
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Nachteilig ist bei dieser Ubertragungsanordnung, daß eine Hilfsspannung
zur Aufladung des Kondensators im Primärkreis bereitsgestellt werden muß.
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Es besteht die Aufgabe, eine Anordnung der eingangs genannten Art
so auszugestalten, daß eine zusätzliche Hilfsspannung nicht benötigt wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kondensator
mit einer Teilwicklung des Impulsübertragers verbunden ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird bei jedem Impulsbeginn der
Kondensator über die Teilwicklung der Primärwicklung entladen, womit in der Sekundärwicklung
eine hohe Spannung induziert wird, die einen Steilimpuls
hoher Güte
zur Folge hat. Eine gesonderte Hilfsspannungsquelle für den Kondensator ist daher
nicht mehr erforderlich, sondern er kann zur Aufladung an die Stromquelle angeschlossen
werden, die den Strom für den Langimpuls liefert.
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Vorzugsweise ist in den Entladungsweg des Kondensators eine Konstantstromquelle
geschaltet. Damit wird ein Einbruch an der abfallenden Flanke des Steilimpulses
verhindert, da der Steilimpulsstrom von der Konstantstromquelle bestimmt ist. Der
gleiche Effekt wird erhalten, wenn zwischen Sperrdiode und Zündelektrode des Thyristors
ein Widerstand oder eine Konstantstromquelle geschaltet ist.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Anordnung beispielhaft anhand
der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Figur 1 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ubertragungsanordnung.
Die Primärwicklung la des Impulsübertragers 1 ist über einen Widerstand 2 und eine
Diode 3 mit einer Klemme 4 einer Stromversorgung und über einen Transistor 5 mit
Bezugspotential verbunden. Der eine Belag eines Kondensators 6 liegt ebenfalls am
Bezugspotential, der andere Belag ist über einen Widerstand 7 an die Klemme 4 der
Stromversorgung und über einen Widerstand 8 an eine Teilwicklung lb der Primärwicklung
la angeschlossen. Die Sekundärwicklung lc des Impulsübertragers 1 ist von einem
Kondensator 9 überbrückt und der eine Anschluß ist über eine Diode 10 mit der Zündelektrode
des Thyristors 11 und der andere Anschluß mit der Kathode des Thyristors 11 verbunden.
Die Funktion des Kondensators 9 und der Diode 10 wurden bereits im
Zusammenhang
mit der bekannten Ubertragungsanordnung geschildert.
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Bei gesperrtem Transistor 5 lädt sich der Kondensator 6 über den Widerstand
7 auf die Spannung der Stromversorgungsquelle 4 auf. Bei Impulsbeginn, mit Aussteuerung
des Transistors 5 entlädt sich der Kondensator 6 über den Widerstand 8 und die Teilwicklung
lb. Da die Teilwicklung lb nur wenige Windungen besitzt, wird in der Sekundärwicklung
lc die für den Steilimpuls erforderliche hohe Spannung induziert. Wie bereits betont,
ist hierbei keine gesonderte Hilfsspannungsquelle für die Ladung des Kondensators
6 erforderlich. Mit der Diode 3 wird ein Stromfluß während des Steilimpulses über
den Widerstand 2 verhindert, da während dieser Zeitspanne die in der Primärwicklung
la induzierte Spannung größer als die Spannung an der Klemme 4 ist. Nach Entladung
des Kondensators 6 wird der Normalimpuls durch den Stromfluß über den Widerstand
2, die Diode 3, die Primärwicklung la und den Transistor 5 gebildet. Mit der angezapften
Primärwicklung la des Zündtransformators 1 lassen sich die Ubersetzungsverhältnisse
für den Steilimpuls und für den Normalimpuls getrennt optimieren. Bei der bekannten
Schaltung war dies nur in Grenzen möglich, da normalerweise die Spannung der Stromversorgungsquelle
und die Hilfsspannung aus anderen Gründen beispielsweise auf 24 Volt und auf 28
Volt festgelegt waren. Bei der Festlegung des Ubersetzungsverhältnisses mußte daher
ein Kompromiß zwischen der Güte des Steilimpulses, der ein hohes Übersetzungsverhältnis
erfordert und dem Stromverbrauch des Normalimpulses im Primärkreis geschlossen werden.
Bei der Schaltung nach Figur 1 läßt sich hingegen das Ubersetzungsverhältnis zwischen
der Teilwicklung und der Sekundärwicklung so wählen, daß Gitterrückwirkungen den
Zündstrom nicht unzulässig schwächen. Das Ubersetzungsverhältnis zwischen
der
gesamten Primärwicklung und der Sekundärwicklung läßt sich darüber hinaus so wählen,
daß primär ein niedriger Normalimpulsstrom fließt. Dabei ist zu beachten, daß die
bei diesem Ubersetzungsverhältnis auf die Primärseite transformierten Schwellspannungen
der Diode 10 und des Thyristors 11 deutlich kleiner als die Spannung an der Klemme
4 bleiben, damit der Zündstrom über den Widerstand 3 im geforderten Toleranzbereich
gehalten werden kann.
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Figur 2 zeigt eine Schaltungsvariante, bei der die Teilwicklung lb
eine gesonderte Primärwicklung des Impulsübertragers 1 ist. bei dieser Ausführungsform
fließt der Strom für den Steilimpuls wiederum über die Primärwicklung lb, der Strom
für den Normalimpuls fließt hingegen nur über die Primärwicklung la. Die geschilderte
Wirkungsweise bleibt bei entsprechender Wahl der Ubersetzungsverhältnisse unverändert.
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Bei den Schaltungen nach Figur 1 und 2 besitzt die abfallende Flanke
des Steilimpulses einen exponentiell fallenden Verlauf, der einen zusätzlichen Einbruch
während der Gitterrückwirkung zur Folge hat. Dieser Einbruch kann vermieden werden,
wenn der Steilimpulsstrom nicht mehr vom Widerstand 8, sondern von einer Konstantstromquelle
bestimmt ist. Eine solche Konstantstromquelle 12 zeigt die Figur 3. Zu dieser Konstantstromquelle
12 ist der Transistor 5 in üblicher Weise mit den Widerständen 12a und 12b und der
Z-Diode 12c beschaltet. Diese Konstantstromquelle 12 bestimmt den Steilimpulsstrom.
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Während des Normalimpulses arbeitet die Konstantstromquelle 12 lediglich
als Schalter, da der durch den Widerstand 2 fließende Strom kleiner als der für
den Steilimpuls benötigte "Konstantstrom" ist und damit der Transistor 5 in Sättigung
geht. Anstelle der in Figur 3 eingezeichneten Konstantstromquelle 12 kann auch der
Widerstand
8, der in Figur 3 fehlt, durch eine übliche Konstantstromquelle ersetzt werden,
wie mit den Klemmen 13 angedeutet ist.
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Eine weitere Möglichkeit der Steilimpulsbegrenzung zeigt Figur 4.
Während der Gitterrückwirkung muß der Kondensator 9 auf die hohe Gitterspannung,
die etwa 30 Volt beträgt, aufgeladen werden. Der hierfür erforderiche Ladestrom
verringert den Gitterstrom erheblich, da der Zündstrom primärseitig über den Widerstand
8 oder eine Konstantstromquelle 12 begrenzt wird. Diesen Nachteil kann wirkungsvoll
begegnet werden, wenn man die Begrenzung, wie in Figur 4 gezeigt, auf die Sekundärseite
verlagert, wo in den Sekundärkreis ein Widerstand 14 geschaltet ist.
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Anstelle des Widerstandes 14 kann auch eine übliche Konstantstromquelle
in den Sekundärkreis geschaltet werden.
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Der Kondensator 9 kann bei dieser Ausführungsform mit beliebig hohem
Strom umgeladen werden.
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Zu erwähnen ist noch, daß bei der beschriebenen Ubertragungsschaltung
selbstverständlich Maßnahmen bekannter Schaltungen berücksichtigt werden können,
insbesondere läßt sich ein Impulsübertrager einsetzen, bei dem eine oder zwei Schirmwicklungen
zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung vorgesehen sind. Als weitere Maßnahme
zur Verringerung des Stromeinbruches während der Gitterrückwirkung hat sich eine
kleine Drossel bewährt, die in Serie zur Diode 10 geschaltet ist. Diese Drossel
bewirkt aber auch eine Verringerung der Stromanstiegsgeschwindigkeit des Steilimpulses.
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Zusammenfassend ist festzustellen, daß sich durch Verwendung eines
angezapften Impulsübertragers für die Erzeugung des Steilimpulses eine getrennte
Optimierung der Ubersetzungsverhältnisse für den Steilimpuls und den Langimpuls
durchführen läßt, wobei die bisher
benötigte Hilfsspannung für die
Erzeugung des Steilimpulses überflüssig wird und der Stromverbrauch für den Langimpuls
reduziert werden kann.
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4 Patentansprüche 4 Figuren