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Thyristorschaltung
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung
für einen elektrischen Verbraucher nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits
allgemein bekannt, bei hohen Last strömen mehrere Halbleiter parallel zu schalten,
um dadurch den hohen Laststrom verarbeiten zu können.
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Bei der Verwendung von Transistoren ist es dabei üblich, Ausgleichswiderstände
in jeden einzelnen Laststromkreis zu schalten. Bei der Verwendung von Thyristoren
oder Triacs wurden üblicherweise Drosseln in den Laststromkreis eingefügt. Die Verwendung
von Drosseln im Laststromkreis ist jedoch relativ aufwendig, da Drosseln einerseits
teuer in ihrer Herstellung sind und andererseits ein hohes Gewicht aufweisen. Für
einfache Geräteschaltungen sind daher die vorbekannten Schaltanordnungen nicht geeignet.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß
sie insbesondere im Bereich geringerer Lastströme einfach aufzubauen ist und daß
zudem der Effekt zu erreichen ist, daß eine Zündunterstützung des
später
zündenden Thyristors oder Triacs vorliegt.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuervorrichtung
möglich.
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Besonders günstig ist es, zwischen den Thyristoren oder Triacs und
den jeweiligen Widerständen jeweils einen weiteren Widerstand anzuschließen, der
zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt führt. Dadurch ist eine zusätzliche Steuerspannung
aufbaubar, die zur Zündung des noch nicht gezündeten Thyristors oder Triac dient.
Besonders einfach läßt sich dies dadurch erreichen, daß der Verbindungspunkt als
Bezugspotential für eine Zündschaltung dient. Bekannte Zündschaltungen sind ohne
weiteres verwendbar. Zweckmäßigerweise sind die Thyristoren oder Triacs auf einem
oder mehreren Kühlkörpern aufgebracht, wobei ein Teil des Kühlkörpers gleichzeitig
als Widerstand ausgebildet ist. Bei der Herstellung von Geräten ist dann kein höherer
Materialaufwand erforderlich. Vielmehr ist der Kühlkörper zumindest teilweise als
Widerstand ausbildbar. Als vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, wenn der Widerstand
als Mäanderstruktur ausgebildet ist. Weiterhin ist Verdrahtungsaufwand dann einsparbar,
wenn die Thyristoren oder Triacs so auf dem Kühlkörper befestigt sind, daß der Kühlkörper
gleichzeitig eine Zuleitung zu den Thyristoren oder Triacs darstellt.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung und Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kühlkörper.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist ein Verbraucher
1 dargestellt, der beispielsweise ein Elektromotor ist. Der Elektromotor ist mit
einem Anschluß an die Netzspannung angeschlossen.
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Der weitere Anschluß führt zu einer Leitung 10, an die jeweils in
einer Parallelschaltung zwei Triacs 2 und 3 angeschlossen sind. Die weiteren Anschlüsse
der Triacs 2 und 3 führen über einen Widerstand 4 bzw. einen Widerstand 5 zu einer
Leitung 11, die ihrerseits an die weitere Netzanschlußklemme angeschlossen sind.
Zwischen dem Triac 2 und dem Widerstand 4 ist ein Widerstand 6 angeschlossen, der
zu einem Massepunkt 9 führt. Ebenso ist zwischen dem Triac 3 und dem Widerstand
5 ein Widerstand 7 angeschlossen, der seinerseits zum Massepunkt 9 führt. Ein Zündschaltgerät
8 steht einerseits mit der Leitung 11 und andererseits mit dem Massepunkt 9 in Verbindung.
Desweiteren führt eine Leitung vom Zündgerät 8 zum Steueranschluß der Triacs 2 und
3.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß bei Regler
schaltungen häufig bereits ein Widerstand als Strommeßwiderstand in der Kathodenleitung
des Triacs oder Thyristors vorhanden ist. Dieser Widerstand wird in zwei Teilwiderstände
4 und 5 aufgeteilt, die je einem Leistungsbauelement 2 und 3 zugeordnet sind. Die
Ausgleichsfunktion der Lastströme ist damit sichergestellt. Bei der so vorliegenden
Schaltungsanordnung können jedoch die Triac-Kathoden der Triacs 2 und 3 ihre Funktion
als elektrischer Bezugspunkt sowohl bezüglich des einzuspeisenden Zündstroms als
auch bezüglich der an den Meßwiderständen 4 und 5 abzugreifenden Steuerspannung
nicht mehr erfüllen. Dieser Bezugspunkt 9 wird nun durch die beiden Widerstände
6 und 7 geschaffen. Diese Widerstände 6 und 7 sind gleich
groß und
beispielsweise um den Faktor 5 bis 10 größer als die Ausgleichs- bzw. Meßwiderstände
4 und 5 zu wählen.
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Der neue Bezugspunkt 9 wird nunmehr mit der Masseleitung der Zündschaltung
8 verbunden.
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Die Widerstände 6 und 7 nehmen nunmehr zwei Funktionen wahr. Einerseits
symmetrieren sie den Zündstrom, der den Leistungshalbleitern 2 und 3 zugeführt wird.
Andererseits unterstützen sich die Leistungshalbleiter 2 und 3 in der Zündung gegenseitig.
Ursache sind die Spannungsabfälle an den Widerständen 4 und 5. Ist beispielsweise
während der positiven Halbwelle (Leitung 10 positiv gegenüber Leitung 11), der Triac
2 bereits leitend und der Triac 3 noch nicht, dann wird durch den Spannungsabfall
am Widerstand 4 über den noch stromlosen Widerstand 5 die Kathode vom Triac 3 negativ
gegenüber der durchverbundenen Leitung. Der Teilzündstrom für den Triac 3 wird dadurch
erhöht.
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Dadurch wird erreicht, daß auch Thyristoren und Triacs unterschiedlicher
Fertigungstechnologien und mit sehr unterschiedlichen Zündströmen sicher gezündet
werden.
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Selbst eine nachträgliche gegenseitige Zündung ist bei einem entsprechenden
Laststromanstieg möglich, wenn zunächst nur ein Halbleiter gezündet hat und der
Zündstrom bereits abgefallen ist.
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Die Zündschaltung 8 bekommt als Steuerspannung stets exakt den Wert,
der der Summe der Teilströme durch die Triacs 2 und 3 entspricht. Die Steuerspannung
wird unter allen Betriebsbedingungen als exakter Mittelwert der Spannungsabfälle
an den Widerständen 4 und 5 gebildet.
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Dies wird durch die Widerstände 6 und 7 geleistet, die durch ihr Verhältnis
1 : 1 wie ein Symmetrierglied bezüglich der Spannungsabfälle an den Widerständen
4 und
5 wirken. Unterschiedliche Teilströme durch die Triacs 2 und
3, die insbesondere bei kleinem Gesamtstrom auftreten können, werden dabei ebenso
ausgeglichen wie unterschiedliche Zündzeitpunkte.
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Ebenso wie in die Kathodenleitungen in Figur 1 sind die Vergleichswiderstände
auch in die Anodenleitungen gemäß Figur 2 legbar. An die Versorgungsspannungsleitung
ist wiederum ein Verbraucher 1, der z.B. als Elektromotor ausgebildet ist, angeschlossen.
Der weitere Anschluß des Verbrauchers 1 führt zur Leitung 10. An die Leitung 10
sind jeweils parallel die Reihenschaltung aus einem Widerstand 18 bzw.
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19 und einem Triac 20 bzw. 21 geschaltet. Der weitere Anschluß des
Triacs 20 bzw. 21 ist mit der Leitung 11 verbunden, die ihrerseits an den weiteren
Versorgungsstromanschluß geschaltet ist. Die Leitung 11 ist des weiteren an den
Bezugspunkt 17 geführt. An den Anschluß 16 ist die Steuerspannung anzuschließen,
wobei der Anschluß 16 mit den Zündeingängen eines Triacs 20 bzw. 21 verbunden ist.
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Bei dieser Schaltungsanordnung sind die Kathoden zusammengeschaltet
und behalten so ihre Funktion als elektrischer Bezugspunkt. Eine gegenseitige Zündunterstützung
ist nicht gegebenen.
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Die in den Last stromkreis geschalteten Widerstände 4 und 5 bzw. 18
und 19 können in herkömmlicher Weise als Lastwiderstände ausgebildet sein. Besonders
zweckmäßig ist es, diese Widerstände in ein eventuell vorhandenes Kühlblech für
die Thyristoren zu integrieren. Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Auf einem
Kühlblech 23 sind die Kühlfahnen 24 der Thyristoren 20 bzw. 21 aufgenietet oder
aufgeschraubt. An die Anschlußfahnen der Thyristoren 20 und 21 ist einerseits der
Bezugspunkt 17 und andererseits der Steueranschluß 16 angeschlossen. Die
Leitung
10 ist jedoch nicht direkt an den Thyristoren angcschlose, sondern wird an einer
Lasche 15 des Kühlbleches 23 befestigt. Der Lasche 15 folgen die mäanderförmig ausgebildeten
Widerstände 18 und 19, die auf einfache Art und Weise aus dem Kühlblech ausgestanzt
sind.
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Voraussetzung ist, daß der Kühlkörper bzw. das Kühlblech mit einem
relativ geringen Querschnitt ausgeführt ist.
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Der Kühlkörper wird dabei so ausgebildet, daß sich zu dem gemeinsamen
Anodenanschluß 15 hin Strombahnen mit erhöhtem Widerstand ergeben. Die Widerstände
18 und 19 sind damit in den Kühlkörper integriert. Eine Verbindung zwischen dem
Kühlkörper 23 und dem Anodenanschluß der Thyristoren 20 und 21 über die Zuleitungen
22 ist nur bei isolierten Thyristor- bzw. Triac-Typen notwendig.
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Steht der Anodenanschluß, wie dies meist der Fall ist, mit der Kühlfahne
24 in direkter Verbindung, so sind weitere Verdrahtungsarbeiten nicht erforderlich.
Der Aufbau nach Figur 3 hat den Vorteil, daß die Ausgleichswiderstände praktisch
ohne Mehrkosten herstellbar sind. Bestückungs- oder Montagekosten treten nicht auf.
Weiterhin ist die Verlustwärmeabfuhr ideal, da sie unmittelbar am Kühlkörper abführbar
ist. Diese Ausbildung der Widerstände gemäß Figur 3 ist nicht auf das Ausführungsbeispiel
gemäß Figur 2 beschränkt, sondern auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1
anwendbar. Voraussetzung dafür ist jedoch, daß entweder die Kathode der Thyristoren
mit der Kühlfahne verbunden ist oder aber die Thyristoren gegenüber der Kühlfahne
isoliert aufgebaut sind.