DE3437953A1

DE3437953A1 - Schaltungsanordnung zur erzeugung von impulsen fuer ein weidezaungeraet

Info

Publication number: DE3437953A1
Application number: DE19843437953
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing. 8990 Lindau Ring; Henno Dipl.-Ing. 7989 Argenbühl Schotten
Original assignee: Ako Werke & Co Kg 7988 Wangen GmbH; AKO Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Ako-Ismet Elektrogeraete & Co Kg 88353 Kiss GmbH
Priority date: 1984-10-17
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1986-04-24
Also published as: DE3437953C2

Description

AK O-03/84 -S- 15.10.1984

Bt/wl

AKO-Werke GmbH & Co.KG Pfannerstraße 75/79
7988 Wangen/AlIgäu

Schaltungsanordnung zur Erzeugung von. Impulsen

für ein Weidezaungerat

———————————— fj

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (DE-OS 22 25 630) ist ein Impuls-Transformator vorgesehen, zu dessen Primärwicklung die Serienschaltung aus einem Thyristor und einem elektrischen Kondensator parallel geschaltet ist. Dieser Kondensator wird über einen Gleichspannungswandler aus einer Batterie jeweils erneut aufgeladen, wenn der Thyristor durch einen Taktimpulsgeber gezündet worden ist. Dieser Taktimpulsgeber erzeugt jeweils in Abständen von ca. 1 bis 1 1/2 Sek. Steuerimpulse für den Tyrüster. Über den durch die Taktimpulse in den stromleitenden Zustand geschalteten Thyristor wird der jeweils aufgeladene Kondensator auf die Primärwicklung des Impulstransformators teilweise entladen. Die hierdurch in der Sekundärwicklung des Impulstransformators erzeugte Zaunspannung wird auf einen angeschlossenen Weidezaun auf geschaltet. Die Sekundärwicklung ist dabei einseitig mit Erde verbunden, während der andere Anschluß mit dem Weidezaun verbunden ist. Der Weidezaun ist dabei isoliert gegenüber Erde geführt. Er weist dadurch gegenüber Erde eine elektrische Kapazität, die Zaunkapazität auf. In dieser Schaltungsanordnung bildet der primärseitige Kondensator mit der Primärwicklung des Impulstransformators einen ersten Schwingkreis und die

AKO-03/84 - ?- 15.10.1984

Bt/wl

Zaunkapazität mit der Sekundärwicklung einen zweiten Schwingkreis. Hinzu tritt durch die Streuinduktivität des Impulstransformators eine Serieninduktivität, die mit den genannten Kapazitäten einen Serienschwingkreis bildet. Nach dem Zünden des Thyristors mittels eines sehr kurzen, nadeiförmigen Taktimpulses tritt im Primärschwingkreis eine elektrische Schwingung auf, deren Frequenz wesentlich kleiner ist als die des Serienschwingkreises. Während des Stromanstiegs im primären Schwingkreis entsteht daher im wesentlich höherfrequenten Serienschwingkreis eine auf den primären Stromkreis zurückwirkende elektrische Schwingung, die bei im wesentlichen leer

■ΙΟ laufendem, also unbelastetem Weidezaun einen Stromnulldurchgang im Thyristor verursacht, obwohl der primärseitige Kondensator noch nicht entladen ist. Hierdurch sperrt der Thyristor aufgrund seiner entsprechenden Schaltcharakteristik selbsttätig den weiteren Stromfluß im Primärkreis. Ist dagegen der Zaun, z.B.durch Tierberührung, belastet und damit insbesondere der

•|5 Serienschwingkreis bedämpft, dann ist der Strom im Serienschwingkreis abklingend, so daß kein Nulldurchgang des Stromes im Thyristor als Schaltelement verursacht wird. In diesem Fall wird die gesamte Energie des primärseitigen Kondensators entladen und erzeugt einen entsprechend energiereichen Schreckimpuls im Tier. Die zum primärseitigen Stromnulldurchgang führende Rückwirkung des Stromes im Serienschwingkreis tritt im übrigen dann auf, wenn die Zaunkapazität auf ihren maximalen Spannungswert aufgeladen ist. Bei unbelastetem Weidezaun wird somit der primärseitige Kondensator nicht mehr entladen, als für die Aufladung der durch den Weidezaun gebildeten Zaunkapazität erforderlich ist. Folglich wird bei fehlender Belastung des Weidezaunes die Speisebatterie weniger stark beansprucht und ihre Lebensdauer entsprechend verlängert. Von Nachteil ist dabei jedoch, daß nach dem Unterbrechen des Stromflußes durch den Thyristor die im sekundären Schwingkreis enthaltene Energie nicht wenigstens teilweise zurückgewonnen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einen optimalen Wirkungsgrad, unabhängig von der jeweiligen Belastung am Weidezaun, aufweist.

AKO-03/84 - # - 15.10.1984

Bt/wl

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Bei einer Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wird bei fehlender oder sehr geringer Belastung des Weidezaunes nicht nur die durch den Taktimpuls ausgelöste Stromhalbwelle durch das Schaltelement, sondern auch die durch Rückwirkung des Sekundär- bzw. Serienresonanzkreises erzeugte gegenpolige zweite Halbwelle im primären Kreis aufrecht erhalten. Nachdem die zweite Halbwelle aber eine dem Entladestrom in der ersten

•J0 Halbwelle entgegengerichtete Stromflußrichtung aufweist und zumindest einen Teil der im Sekundär- bzw. Serienschwingkreis enthaltenen Energie entspricht, wird dieser Energieanteil zurückgewonnen und in den primären Kondensator zurückgeladen. Nachfolgend bleibt das Schaltelement gesperrt, so daß im anschließenden Aufladevorgang der nur teilweise entladene primäre Kondensator mit einer entsprechend verminderten Strommenge auf seinen Sollwert aufgeladen werden muß. Als Schaltelement wird dabei vorzugsweise ein elektrisches Bauelement verwendet, das bei einem Stromnulldurchgang selbsttätig den Stromkreis unterbricht. Das ist insbesondere eine bidirektional steuerbare Gleichrichteranordnung, beispielsweise ein Triac. Hierbei wird diese Gleichrichteranordnung vor dem nach der Zündung folgenden ersten Stromnulldurchgang innerhalb einer Zaunimpulsperiode, die vom Taktimpulsgeber bestimmt ist, durch einen erneuten Steuerimpuls in den leitenden Zustand gesteuert. Daneben ist es aber auch möglich, den Taktimpuls des Taktimpulsgebers über eine Zeitdauer aufrecht zu erhalten, die länger als die erste Halbwelle im primären Stromkreis aber kürzer als die Zeit bis zum zweiten Nulldurchgang ist. Zusätzliche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Schaltungsskizze einer Schaltungsanordnung für ein Weidezaungerät und
Figur 2 ein Zeitdiagramm verschiedener elektrischer Größen zu Figur

ΑΚΟ-03/84 - <'- 15.10.1984

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Gemäß Figur 1 ist ein Kondensator 1 über eine Diode 2 an eine Ladestromquelle 3 angeschlossen^ die ihrerseits aus einer Batterie oder dem öffentlichen Stromversorgungsnetz gespeist ist. Parallel zum Kondensator 1 ist die Serienschaltung aus der Primärwicklung eines Impulstransformators 4 mit einem Triac 5 als Schaltelement und einem Stromfühlerwiderstand 6 geschaltet. Die Sekundärwicklung des Impulstransformators 4 ist dagegen einerseits mit einem isoliertgeführten Weidezaun und andererseits mit Erde verbunden. Die zwischen dem Weidezaun und Erde gebildete elektrische Kapazität ist durch einen gestrichelt dargestellten Zaunkondensator 7 angedeutet. Der Triac 5 bildet ^e'me bidirektional steuerbare Gleichrichteranordnung, deren Steuerelektrode 8 an einen Zündkreis 9 angeschlossen ist. Als Schaltelement kann jedoch auch eine aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren aufgebaute Gleichrichteranordnung oder ein in der Wirkung entsprechendes Bauelement verwendet werden. Der Triac 5 ist ein in beiden St rom richtungen betreibbares Bauelement, das in der jeweiligen Stromrichtung so lange leitend bleibt, bis ein Stromnulldurchgang folgt. Im Stromnulldurchgang wird der stromleitende Zustand selbsttätig unterbrochen. Durch Anlegen eines erneuten Steuerimpulses kann in den stromleitenden Zustand zurückgeschaltet werden. Der Zündkreis 9 wird einerseits von einem Taktimpulsgeber 10 angesteuert, wobei in die Verbindungsleitung ein Kondensator 11 eingeschaltet ist, der den abgegebenen Taktimpuls im Zusammenwirken mit dem Zündkreis 9 in einen sehr kurz dauernden, nadeiförmigen Zündimpuls für den Triac 5 umformt. Zusätzlich ist der Zündkreis 9 über einen weiteren Differenzierkondensator 12 an den Ausgang eines Komparators 13 angeschlossen, wobei mit einer Änderung des Ausgangssignals am Komparator 13 ebenfalls über den Zündkreis 9 ein Steuerimpuls auf die Steuerelektrode 8 des Triacs 5 geleitet wird. Der Plus-Eingang des Komparators 13 liegt dabei an einer Referenzspannungsquelle, während der Minus-Eingang des Komparators 13 über die Serienschaltung von Strombegrenzungswiderständen 14, 15 an die Verbindungsleitung 16 vom Stromfühlerwiderstand 6 zum Triac 5 angeschlossen ist. Das Bezugspotential des Komparators 13 bildet dabei die negative Stromversorgungsleitung 17, an die auch der Stromfühlerwiderstand 6 mit seinem zweiten Anschluß angeschaltet ist.

AK O-03/84 -ßr- 15.10.1984

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Eine Diode 18 führt als Spannungsbegrenzer vom Verbindungspunkt der Widerstände 14, 15 zur negativen Stromversorgungsleitung 17. Die Kathode der Diode 18 liegt am Verbindungspunkt der Widerstände 14, 15. Im übrigen weist die Ladestromquelle 3 einen so hohen Innenwiderstand auf, daß bei gezündetem Triac 5 und entladenem Kondensator 1 der Haltestrom für den Triac 5 unterschritten wird, der Triac also nicht in den leitenden Zustand gesteuert werden kann.

Bei eingeschalteter Ladestromquelle 3 wird über die Diode 2 bei gesperrtem Triac 5 der Kondensator 1 innerhalb der Zeitdauer, mit welcher der Taktimpulsgeber Taktimpulse abgibt, auf seine Soll-Spannung aufgeladen. Die Taktimpulse 19 folgen einander in festen Zeitabständen von etwa 1 Sek. bis 1,5 Sekunden. Sobald demnach ein vom Taktimpulsgeber 10 erzeugter und über den Kondensator 11 im Zusammenwirken mit dem Zündkreis 9 differenzierter Taktimpuls 19 auf die Steuerelektrode 8 des Triac 5 gelangt, wird im vorliegenden Fall die für eine positiv anliegende Spannung vorgesehene Schaltstrecke in den leitenden Zustand geschaltet, wodurch ein Stromkreis vom aufgeladenen Kondensator 1 über die Primärwicklung des Impulstransformators 4, den Triac 5 und den Stromfühlerwiderstand 6 zurück zum Kondensator 1 gebildet ist. Der Stromfühlerwiderstand 6 weist dabei einen sehr geringen ohmschen Widerstandswert auf und beeinflußt so die Entladung des Kondensators 1 über die Primärwicklung nur in vernachlässigbarem Maße. Aufgrund des relativ hohen Induktivitätswertes der Kerninduktivität baut sich der Strom im primären Stromkreis relativ langsam auf, wobei die Schwingfrequenz des durch den Kondensator 1 und die Primärwicklung gebildeten Schwingkreises z.B. bei etwa 500 Hz liegt. Die Entladung des Kondensators 1 über die Primärwicklung erzeugt in der Sekundärwicklung des Impulstransformators 4 eine Spannung, die auf den Weidezaun gegeben wird. Insbesondere aufgrund der fiktiven, jedem Übertrager anhaftenden Streuinduktivität wird zusätzlich neben dem aus der Sekundärwicklung und der Zaunkapazität 7 gebildeten Sekundärschwingkreis noch ein Serienschwingkreis gebildet, dessen Elemente die Streuinduktivität und die Serienschaltung der Kondensatoren 1

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und 7 ist. Die Ströme dieser einzelnen Schwingkreise treten überlagert im primären Schwingkreis und damit im Triac 5 auf. Insbesondere der Strom im Serienschwingkreis, der eine wesentlich höhere Frequenz als der Primärschwingkreis aufweist, durchläuft beim Erreichen der höchsten Spannung am Zaunkondensator 7 seinen Nulldurchgang und schwingt in der anschließenden Halbperiode mit umgekehrter Stromrichtung weiter. Die hierdurch erzeugte Rückwirkung auf den Primärstromkreis ist dem Stromfluß vom Kondensator 1 durch die Primärwicklung entgegengerichtet, so daß bereits vor der vollständigen Entladung des Kondensators 1 im Triac 5 ein Stromnulldurchgang auftritt. Hierdurch wird die zuvor durchgeschaltete Schaltstrecke des Triac 5 selbsttätig gesperrt. Um diesen Schaltzustand, der zu einer erhöhten Funkstörung führt und das zumindest teilweise Zurückfließen der im Sekundärkreis und der Streuinduktivität enthaltenen elektrischen Energie verhindert, nicht eintreten zu lassen, wird über den Stromnulldurchgangsdetektor 6, 13 vor dem Erreichen des Stromnulldurchgangs ein weiterer Steuerimpuls 20 über den Zündkreis 9 auf die Steuerelektrode 8 des Triacs 5 geschaltet. Hierdurch wird die Steuerstrecke für die entgegengerichtete Strom richtung in den stromleitenden Zustand geschaltet, so daß der Stromfluß bis zum nächsten Stromnulldurchgang aufrecht erhalten wird. Der zweite Steuerimpuls wird also unabhängig von der Länge des Zauns immer zum richtigen Zeitpunkt erzeugt.

Zur Ermittlung des bevorstehenden Stromnulldurchganges im Triac 5 wird die am Stromfühlerwiderstand 6 anstehende Spannung über die Strombegrenzungswiderstände 15, 14 auf den Minus-Eingang des Komparators 13 geleitet, der diese Spannung mit einer am Plus-Eingang anliegenden Referenzspannung vergleicht. Nach dem Zünden des Triacs 5 wird durch den einsetzenden Stromfluß im Primärkreis eine Spannung am Stromfühlerwiderstand erzeugt, welche die Ausgangsspannung des Komparators 13 von einem positiven Wert auf den Wert "Null" abfallen läßt. Diese Flanke erzeugt keinen am Triac 5 wirksamen Steuerimpuls. Der Taktimpuls 19 bestimmt dabei in der Darstellung der Doppel-Zündimpulse in Figur 2 den Zeitpunkt "t0". Von diesem Zeitpunkt an durchläuft der Strom durch den Triac 5 gemäß der Darstellung des Schaltelement-Stromes nach Figur 2 annähernd eine gedämpfte Sinuswelle, während die Zaunspannung mit annähernd doppelter Schwingungsdauer ungefähr eine Halbwelle durchläuft. Gegen Ende der ersten Halbwelle des Stromes durch den Triac 5 erreicht die Spannung am Stromfühlerwiderstand 6 einen Wert

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entsprechend der Referenzspannung, wodurch der Komparator 13 sein Ausgangssignal vom Nullpegel mit einer positiven Flanke zum ursprünglichen positiven Signal ändert. Diese positive Flanke wird über den Differenzierkondensator 12 und den Zündkreis als weiterer Steuerimpuls 20 zum Zeitpunkt "t" erzeugt, wodurch der Triac 5 gegen Ende der ersten positiven Halbwelle erneut gezündet wird und die Impulsdauer über den nachfolgenden Nulldurchgang des Stromes bei ti kurzzeitig aufrecht erhalten, bis der selbsttätige Stromfluß durch den Triac 5 im weiteren Verlauf der nachfolgenden negativen Halbwelle des Schaltelement-Stromes gewährleistet ist. Hierdurch tritt keine Unterbrechung des Stromes im Primärkreis auf, so daß der Primärstrom kontinuierlich weiterfließt und keine Funkstörungen verursacht. Die negative Halbwelle des Stromes durch den Triac 5 ist dabei ein Maß für die zurückgewonnene Energie aus dem sekundären Schwingkreis mit der Streuinduktivität. Wenn der Strom anschließend durch den Triac 5 den nächsten NuII-durchgang bei "t2" erreicht, schaltet der Triac aufgrund seiner Charakteristik selbsttätig den Stromkreis ab, so daß eine erneute Entladung des Kondensators 1 nicht eintreten kann.

Bei einer Berührung des Weidezaunes, z.B. durch ein Tier, erzeugt der entsprechende Ableitwiderstand eine so starke Bedämpfung des sekundären Schwingkreises und auch des mit der Streuinduktivität verkoppelten Serienschwingkreises, daß durch die entsprechend verminderte Rückwirkung auf den primären Schwingkreis kein vorzeitiger Nulldurchgang des Stromes durch den Triac 5 eintritt. In diesem Betriebsfall wird somit die gesamte im Kondensator 1 enthaltene elektrische Energie als Schreckimpuls in das Tier und auf den Weidezaun übertragen.

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Claims

ΑΚ.Ο-03/84 ->< 15.10.1984 Bt/wl AKO-Werke GmbH & Co.KG Pfanne rstraße 75/79 7988 Wangen/AlIgäu Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen für ein Weidezaungerät mit einem Impulstransformator, zu dessen Primärwicklung die Serienschaltung aus einem steuerbaren Schaltelement und einem an eine Ladestromquelle angeschlossenen elektrischen Kondensator geschaltet ist, und an dessen Sekundärwicklung ein Weidezaun anschließbar ist, sowie mit einem Taktimpulsgeber, der das Schaltelement mit Steuerimpulsen in einen stromleitenden Zustand steuert, wobei zumindest bei geringer elektrischer Belastung des Weidezaunes nach einer Einleitung eines Stromflußes durch das Schaltelement in letzterem ein Stromnulldurchgang auftritt, bevor der Kondensator entladen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (5) für eine volle Stromwelle stromführend gesteuert ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (5) bei einem Stromnulldurchgang selbsttätig den Stromkreis bei fehlendem Steuersignal unterbricht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (5) eine bidirektional steuerbare Gleichrichteranordnung ist.

ΑΚΟ-03/84 - 2 - 15.10.1984

Bt/wl

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (5) ein Triac ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (5) im Bereich des ersten Stromnulldurchgangs in den leitenden Zustand gesteuert ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaltelement (5) außer einem Taktimpuls (19) des Taktimpulsgebers (10) am Anfang (t 0) eines Zaunimpulstaktes im nachfolgenden Zeitbereich (t, ti) des ersten Stromnulldurchgangs von einem Stromnulldurchgangsdetektor (6, 13) ein weiterer Steuerimpuls t20) auf geschaltet wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit dem Schaltelement (5) ein ohmscher Widerstand (6) liegt, daß

die am Widerstand (6) abfallende elektrische Spannung in einem Komparator (13) mit einer Referenzspannung verglichen wird und daß beim Umschalten des Komparators (13) dessen Ausgangssignal einem Zündkreis (9) für das Schaltelement (5) auf geschaltet wird.
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8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktimpuls (19) des Taktimpulsgebers (10) und das Ausgangssignal des Komparators (13) differenziert und dem Zündkreis (9) zugeführt werden.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktimpuls (19) des Taktimpulsgebers (10) über den ersten Stromnulldurchgang im Schaltelement (5) hinaus andauert und vor dem zweiten Stromnulldurchgang endet.