DES0043424MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 7. April 1955 Bekanntgemacht am 28. Juni 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Zur Steuerung von gas- oder dampf gefüllten Entladungsgefäßen ist ein sogenannter Steuersatz erforderlich, durch den der Zündzeitpunkt des Entladungsgefäßes verschoben werden kann. Bekannte Einrichtungen dieser Art arbeiten mit Drosselspulen oder Transformatoren im Steuerkreis des Entladungsgefäßes. Um den hierdurch bedingten Aufwand sowie die Trägheit der Steuerung zu verringern, ist bereits vorgeschlagen, den Steuer-Stromkreis des Entladungsgefäßes von einem dem Arbeitsstrom des Enladungsgefäßes frequenzgleichen Wechselstrom zu speisen und im Steuerkreis des Entladungsgefäßes einen in Verbindung mit Zeitgliedern steuerbaren Halbleiter, z. B. einen Transistor, anzuordnen. Dieser Transistor wirkt lediglich als Schalttransistor, d.h., er ist so ausgelegt und gesteuert, daß er lediglich zwei Arbeitspunkte aufweist, und zwar einen, bei dem der Transistor vollständig geöffnet, und einen, bei dem der Transistor vollständig geschlossen ist. Die Steuerung des Zündzeitpunktes des Entladungsgefäßes erfolgt bei der vorgeschlagenen Anordnung durch Ausnutzung der speziellen Kennlinie des Halbleiters, z. B. des Knickes in der Ausgangsstrom-, Ausgangsspannungslinie. Beim Auswechseln des Transistors ist jedoch darauf zu achten, daß der Ersatztransistor den gleichen Kennlinienverlauf aufweist, da im anderen Fall die Steuerglieder für den gleichen Aussteuerungsgrad verändert werden müßten. Es ist daher vorteilhaft, die Schaltung so aufzubauen, daß der Transistor lediglich als -Schalttransistor für den Steuerstrom-

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kreis des Entladungsgefäßes dient, aber die Schaltung des Steuerstromkreises unabhängig von dem . Verlauf der Kennlinien des Transistors erfolgt. Man könnte daher beispielsweise daran denken, den öffnungszeitpunkt des Transistors durch eine Spannung zu steuern, die einem Drehtransformator entnommen ist und entspreched dem gewünschten Zündzeitpunkt gegenüber der Arbeitsspannung des Entladungsgefäßes phasenverscho- ben ist. Damit wäre jedoch unter Umständen ein größerer Aufwand verbunden.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuersatz für gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße mit einem im Steuerkreis des Entladungsgefäßes liegenden, den Zündzeitpunkt bestimmenden, in Verbindung mit Zeitgliedern steuerbaren Halbleiter. Erfindungsgemäß ist der Umschaltzeitpurikt des als Schalter wirkenden Transistors mit Hilfe der steuerbaren Spannungszeitfläche einer im Steuerkreis des Halbleiters. liegenden Induktivität veränderbar.

An Hand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert. Darin ist das zu steuernde Entladungsgefäß mit 15 bezeichnet. Sein Arbeitsstromkreis, in dem der Verbraucher 17 liegt, wird von einer Spannungsquelle 16 gespeist. Im Steuerkreis des Entladungsgefäßes liegt ein steuerbarer Halbleiter, in diesem Fall ein Transistor 8. Sowohl hier als auch im folgenden können an Stelle der beschriebenen Verwendung von Transistoren andere steuerbare Halbleiter, beispielsweise magnetfeldsteuerbare Halbleiter, verwendet werden. Desgleichen ist es für das Wesen der Erfindung nicht von ausschlaggebender Bedeutung, welche Transistorentype und in welcher Schaltung sie verwendet wird. Es können also beispielsweise Flächentransistoren sowohl in Basis- als auch in Emitter- oder Kollektorschaltung verwendet werden. Der zwischen Gitter und Kathode des Entladungsgefäßes liegende Ausgangsstromkreis des Transistors 8 wird von einer dem Arbeitsstromkreis des Entladungsgefäßes gleichfrequenten Spannung über einen Transformator 12 und die Zweiwegegleichrichterschaltung 14 gespeist.' Die Einstellung des Zündzeitpunktes des Entladungsgefäßes erfolgt durch entsprechende Steuerung des Öffnungszeitpunktes des Transistors 8. Zu dem Zweck ist die. steuernde Basisspannung an einem Widerstand 6 abgenommen, welcher in einem Stromkreis mit der Spannungsquelle 4 und der Induktivität 3 liegt. Dabei möge auch die Spannungsquelle 4 die gleiche Frequenz haben wie die den Arbeitsstromkreis des Entladungsgefäßes speisende Spannungsquelle 16.

Für die Drossel 3 wird.eine sättigbare Drossel mit einem besonderen Eisenkern verwendet, dessen Magnetisierungsschleife weitgehend parallelogrammförmigen Verlauf hat. Eine derartige, in Fig. 2 a dargestellte Hysteresisschleif e besitzt beispielsweise eine, !-besonders behandelte Eisen-Nickel-Legierung, :.:welche im Handel unter der Bezeichnung Permenorm 5000 Z bekannt ist. Weiterhin sind im Stromkreis der Spannungsquelle 4 noch ein Transistor 1 und ein hierzu parallel geschalteter Gleichrichter 2 angeordnet.

Hat beispielsweise die Spannungsquelle 4 die eingezeichnete Polarität, so fließt ein Strom von der Spannungsquelle über die Drossel 3,· den Gleichrichter 2 und die Widerstände 6 und 5 zur Spannungsquelle zurück. Der von diesem Strom an dem Widerstand 6 hervorgerufene Spannungsabfall öffnet den Transistor 8, so daß auch das Entladungsgefäß 15 geöffnet wird. Während dieser positiven Halbwelle wird die in Fig. 2 a dargestellte Hysteresisschleife der Drossel 3 bis zur Sättigung durchlaufen und dann der Strom beispielsweise im Punkt d lediglich durch die ohmschen Widerstände des Stromkreises begrenzt. In der negativen Halbwelle, in der also die Polarität der Spannungsquelle 4 umgekehrt ist, erfolgt die Rückmagnetisierung des Drosseleisens von d über c und e. bis α. Die Lage dieses Punktes α auf der Magnetisierungsschleife ist ausschlaggebend für den Zündzeitpunkt des Entladungsgefäßes. ■

Wie bereits oben ausgeführt wurde, öffnet der Transistor 8 in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall am Widerstand 6. Während der negativen Halbwelle ist der Spannungsabfall am Widerstand 6 sehr viel kleiner, da nur der Magnetisierungsstrom fließt, und außerdem so gerichtet, daß der Transistor 8 gesperrt ist. In der positiven Halbwelle steigt der Strom durch den Widerstand 6 und damit die Spannung zunächst entsprechend der Magnetisierungsschleife über b langsam an, bis im Punkt c die Sättigung erreicht wird. In dem Augenblick steigt der Strom sprungartig auf die Größe an, die beispielsweise im Punkt d durch die übrigen Widerstände des Stromkreises bestimmt ist. Der allmähliche Spannungsanstieg am Widerstand 6 würde also den Transistor 8 so aussteuern, daß sein Widerstand allmählich abnimmt, der Transistor also langsam öffnet. Während dieses langsamen Öffnens des Transistors 8 ist aber die Verlustleistung sehr groß, so daß, wie bereits oben ausgeführt wurde, der Transistor zweckmäßigerweise nur als Schalttransistor verwendet wird, d. h. also, daß er nicht kontinuierlich ausgesteuert wird, sondern schlagartig öffnet oder schließt. Der Transistor 8 bleibt dabei so lange geschlossen, bis die Spannung am Widerstand 6 einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet; erst dann öffnet der Transistor, und zwar vollständig, so daß er praktisch dem Strom keinen Widerstand mehr entgegensetzt. Die Schaltung wird nun vorteilhaft so ausgelegt, daß die Mindestspannung, bei der der Transistor 8 öffnet, erst dann an dem Widerstand 6 entsteht, wenn der Strom durch den Widerstand die Größe des Sättigungsstromes erreicht hat. Nun wird aber die Sättigung naturgemäß um so später erreicht, je weiter der Punkt α auf der Magnetisierungsschleife nach links, d. h. also ims negative Gebiet, verschoben ist.

Fig. 2 b zeigt den zeitlichen Verlauf des Spannungsabfalls VI am Widerstand 6 im Vergleich zu der Spannung IV der Spannungsquelle 4. Man er-

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kennt, daß während der negativen Halbwelle der Spannung IV der Spannungsabfall VI auf einen durch den Steuerstrom i_st des Transistors ι bestimmten Höchstwert begrenzt ist. Nach Ablauf der negativen Halbwelle ist also der Eisenkern der Drossel 3 nicht über den Punkt α hinaus ummagne-. tisiert. Während der positiven Halbwelle durchläuft sodann die Hysteresisschleife die in Fig. 2 a dargestellte Kurve vom Punki α über b bis c. Während dieser Zeit steigt der Spannungsabfall nur geringfügig an. Im Punkt c ist die Sättigung erreicht, so daß der Spannungsabfall am Widerstand 6 schlagartig die Größe der Spannung IV erreicht. Während der nun folgenden ^eit bis zum Ende der positiven Halbwelle, d. h. also in dem gestrichelten Bereich, ist der Spannungsabfall am

■ ■■ Widerstando so groß, daß der Transistor 8 ständig geöffnet ist.

Die Einstellung der Lage des Punktes α auf der Magnetisierungsschleife und damit des Zündzeitpunktes erfolgt durch entsprechende Aussteuerung des Transistors 1. In der negativen Halbwelle der Spannungsquelle 4 ist der Gleichrichter 2 geschlossen, so daß der gesamte Strom über den Transistor ι fließen muß und somit durch den an den Klemmen A und B zugeführten Steuerstrom i_st so begrenzt werden kann, daß er beispielsweise die in Fig. 2 a dargestellte Größe des Punktes α nicht überschreiten kann.

Damit der Schalttransistor 8 nicht durch einen übermäßig großen Steuerstrom beschädigt wird, kann es vorteilhaft sein, die Sinuswellenabschnitte der Fig. 2 b in Trapeze umzuformen, wie sie Fig. 2 c zeigt. Dies kann durch einen dem Widerstand 6 parallel geschalteten Schwellwertgleichrichter 7 erreicht werden, der für die überschießende Spannung einen Kurzschluß bildet. Damit in diesem Fall die Spannungsquelle 4 nicht überlastet wird, kann ein zusätzlicher Widerstand 5 vorgesehen sein.

Um die Zündung des Entladungsgefäßes zu erreichen, ist an sich eine kurze Spannungsspitze geeigneter Größe und Zeitdauer nötig. Diese wird beispielsweise durch den Kondensator 9 geliefert, der während der negativen Halbwelle über Transformator 18 und Gleichrichter 10 aufgeladen wird und sich zu Beginn des Öffnens des Schalttransistors 8 im Zeitpunkt c (Fig. 2 b und Fig. 2d) über den Steuerstromkreis des Entladungsgefäßes 15 entweder direkt oder über einen Transformator entlädt. Der Kondensator ist so bemessen, daß er seine ganze Ladung während des Zündimpulses.an das Entladungsgefäß abgibt. Zur Schonung des Gitters der Entladungsgefäße ist es jedoch unter Umständen zweckmäßig, auch während des Restes der Periode noch eine kleine positive Spannung am Gitter zu belassen. Diese Spannung kann beispielsweise durch den Transformator 12 über den Gleichrichter 14 geliefert werden.

Für den Zündzeitpunkt des Entladungsgefäßes 15 ist also die Größe der Rückmagnetisierung der Drossel 3 maßgebend. Die Steuerung dieser Rückmagnetisierung erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mit Hilfe des Steuerstromes i_st über den Transistor 1. Statt dessen können im Rahmen der Erfindung auch beliebige andere Steuerungsarten für die Begrenzung der Größe der Rückmagnetisierung der Drossel 3 verwendet werden; beispielsweise in der Art, daß parallel zur Drossel geschaltete Gleichrichter gesteuert werden, daß der Transistor 1 als Kipptransistor ausgebildet ist oder, wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt, daß die Steuerung auf besondere Wicklungen der Drossel einwirkt.

Man erkennt in Fig. 3 wiederum die Spannungsquelle 4 mit dem den Spannungsabfall für die Steuerung des Transistors 8 liefernden Widerstand 6, die Drossel 3 und den Gleichrichter 2, welcher bewirkt, daß nur in der positiven Halbwelle Spannung an der Arbeitsstromwicklung 3_ß der Drossel 3 liegt. In der stromlosen Halbwelle ist durch die gleichphasige Hilfsspannung U_v und die entgegenwirkende Steuerspannung U_st in der Steuerwicklung 3_& eine Differenzspannung wirksam, die eine Rückmagnetisierung des Drosseleisens längs der Magnetisierungsschleife bis zum Punkt α bewirkt. Auch in diesem Fall kann parallel zum Widerstand 6 ein Schwellwertgleichrichter 7 geschaltet werden.

Wie bereits bei der Beschreibung der in den FIg¹UrCn dargestellten Beispiele gezeigt wurde, ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Um eine lineare Steuerkennlinie zu erhalten, kann es beispielsweise vorteilhaft sein, die Schaltung so aufzubauen, daß die im Steuerkreis des das Entladungsgefäß steuernden Transistors 8 angeordnete Induktivität 3 statt von einer Spannung mit sinusförmiger Kennlinie von einer Spannung mit rechteckförmiger Kennlinie gespeist wird.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Steuersatz für gas- oder dampf gefüllte Entladungsgefäße mit einem im Steuerkreis des Entladungsgefäßes liegenden, den Zündzeitpunkt bestimmenden, in Verbindung mit Zeitgliedern steuerbaren Halbleiter, insbesondere Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltzeitpunkt des als Schalter wirkenden Transistors mit Hilfe der steuerbaren Spannungszeitfläche einer im Steuerkreis des Halbleiters liegenden Induktivität veränderbar ist.

2. Steuersatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Induktivität ein Eisenkern aus einem Material mit parallelogrammförmiger Magnetisierungsschleife verwendet ist.

3. Steuersatz nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung des Halbleiters als Spannungsabfall an einem in Reihe zur Induktivität geschalteten Widerstand (6) abnehmbar ist.

4. Steuersatz nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe zur Induktivität geschaltete Widerstand (6) ein

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steuerbarer Halbleiterwiderstand, vorzugsweise Transistor ist. .

5. Steuersatz nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Widerstand (6) ein Gleichrichter geschaltet ist. dessen Schwellwert den Spannungsabfall am Widerstand begrenzt.

6. Steuersatz nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Rückmagnetisierung der Induktivität (3) durch einen weiteren Transistor (1) steuerbar ist.

7. Steuersatz nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Rückmagnetisierung der Induktivität (3) durch eine besondere Steuerwicklung (3₆) der Induktivität steuerbar ist.

8. Steuersatz' nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (3) von einer Spannung mit rechteckf örmiger Kennlinie gespeist ist.

9. Steuersatz nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis des Entladungsgefäßes ein Kondensator (9) angeordnet ist, dessen Entladung bei Beginn des das Entladungsgefäß einschaltenden Impulses diesem Impuls eine Spannungsspitze zuschaltet.

10. Steuersatz nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung einer vollständigen Entladung des Kondensators (9) eine zusätzliche Spannungsquelle (18) an den Kondensator angeschlossen ist.

11. Steuersatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Spannungsquelle (18) über einen Gleichrichter (10) an den Kondensator angeschlossen, ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen