EP0036089B1 - Impulsgenerator - Google Patents

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EP0036089B1
EP0036089B1 EP81101145A EP81101145A EP0036089B1 EP 0036089 B1 EP0036089 B1 EP 0036089B1 EP 81101145 A EP81101145 A EP 81101145A EP 81101145 A EP81101145 A EP 81101145A EP 0036089 B1 EP0036089 B1 EP 0036089B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
thyristor
electric
pulse
charging capacitor
Prior art date
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Expired
Application number
EP81101145A
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English (en)
French (fr)
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EP0036089A1 (de
Inventor
Wilhelm Dipl.-Ing. Weinreich
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Horizont Geraetewerk GmbH
Original Assignee
Horizont Geraetewerk GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Horizont Geraetewerk GmbH filed Critical Horizont Geraetewerk GmbH
Priority to AT81101145T priority Critical patent/ATE10892T1/de
Publication of EP0036089A1 publication Critical patent/EP0036089A1/de
Application granted granted Critical
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05CELECTRIC CIRCUITS OR APPARATUS SPECIALLY DESIGNED FOR USE IN EQUIPMENT FOR KILLING, STUNNING, OR GUIDING LIVING BEINGS
    • H05C1/00Circuits or apparatus for generating electric shock effects
    • H05C1/04Circuits or apparatus for generating electric shock effects providing pulse voltages

Definitions

  • the switching element in the primary circuit i.e. the parallel circuit of the charging capacitor and the primary winding of the pulse transformer can be opened in normal operation when the series capacitance is charged to or near the upper peak value of the transient voltage.
  • this early switching process should be suspended until the charging capacitor is completely discharged.
  • this control mode for the switching element is very sensitive and difficult to carry out, especially in critical and difficult operating conditions, for example when only very small electrical capacitance is present on the secondary side, as is the case when connecting short electric fences.
  • a thyristor used as a switch or of an external control arrangement provided with a transistor used as a switch can be adapted to the frequency of the transient current determined by the leakage inductance and the secondary-side capacitance in such a way that the blocking time lies within the second half period of the angular frequency of the transient current and that nevertheless one can also under critical operating conditions, a safe separation of the two possible modes of operation of the pulse generator and a reproducible transition between the two modes of operation can be ensured due to a threshold size of the secondary energy dissipation.
  • an electrical capacitor is connected parallel to the secondary winding of the pulse transformer, the fixed electrical capacitance of which is laid parallel to the electrical capacitor connected on the secondary side.
  • one or more diodes can be connected in one or in both connecting lines between the additional electrical capacitor and the fence capacitance. This arrangement of diodes is known per se from DE-A-1 2 847 993.
  • the pulse generator according to the invention contains a transistor as a switch in the parallel circuit of the charging capacitor and the primary winding of the pulse transformer, the external control arrangement of the transistor used as a switch can, in an advantageous further development of the invention, devices for tuning to the length or elec trical capacity of a connected electric fence included.
  • W 1 and W 2 are the primary winding and the secondary winding of a pulse transformer T r with the associated inductors L 1 and L 2 .
  • L s1 and L s2 are the respective leakage inductances which are usually a few percent of the respective main inductance.
  • R 1 and R 2 are the ohmic winding and line resistances.
  • C 1 is a — preferably large — charging capacitor which, as shown, is connected to the primary winding W 1 via the thyristor Th.
  • the charging capacitor C 1 is charged to a voltage U 1 , specifically via an upstream diode D 1 from a direct voltage source, which can be, for example, a DC-DC converter G 2 or an alternating voltage source G 1 equipped with a rectifier.
  • a capacitance C z is connected, which should preferably represent the capacitance of a fence wire with respect to the ground.
  • this capacitance C z can also be a fixed capacitor or the like in another application.
  • R z is an ohmic resistance that is switched on, for example, when an animal touches the fence wire, whereby energy is consumed via this resistance (or animal body).
  • T is a pulse pulse known per se, which preferably gives a short ignition pulse to the grid of the thyristor Th at intervals of approximately 1 second to 2 seconds and makes it conductive, the timer preferably being supplied directly from the respective voltage source.
  • FIG. 2 shows the electrical operating diagram which corresponds to the pulse generator according to FIG. 1.
  • L is the equivalent equivalent inductance of the pulse transformer
  • L s the equivalent inductance of the leakage inductance
  • R the equivalent resistance.
  • the pulse transformer generally has a transformation ratio, with W 2 being greater than W 1 . All sizes in the equivalent circuit diagram are to be referred to either on the primary side or on the secondary side.
  • the charging capacitor C 1 is charged to the voltage U 1 .
  • An ignition pulse makes the thyristor Th conductive.
  • the charging capacitor C is switched to the pulse transformer.
  • the equivalent inductance L is large compared to the equivalent leakage inductance L s , so that the impedance of the path L s , R, C z is significantly smaller than that of the path over L.
  • FIG. 4 shows, a damped sinusoidal current flows first, which is determined by the circle sizes of the first segment and has an angular frequency of ⁇ 1 . Because of the small values of L s compared to L and C z compared to C 1 , the frequency of this first oscillation is high.
  • the current changes into a second oscillation, which is determined by the capacitance of the charging capacitor C , the equivalent inductance L of the pulse transformer and the equivalent resistor R.
  • the angular frequency ⁇ 2 of this second oscillation is therefore significantly smaller than that Angular frequency ⁇ 1 of the first vibration.
  • the charging capacitor C Before the thyristor Th becomes conductive, a certain amount of electrical energy is stored in the charging capacitor C (1/2 C 1 ⁇ U 1 2 ). If the thyristor Th is ignited and only blocked from the point in time ⁇ 2 , as is done according to the prior art, then the energy oscillates between the charging capacitor C and the equivalent inductance L of the pulse transformer. The charging capacitor C 1 discharges fully, and an equivalent magnetic energy (1/2 LI 2 ) is built up in the inductor L, which in turn flows back as capacitive energy after the charging capacitor C, but with the opposite polarity. At time ⁇ 2 , the charging capacitor is charged with the opposite polarity, minus the losses.
  • the current through the thyristor Th now becomes negative and the thyristor blocks. Because of the now reversed polarity of the energy in the charging capacitor C, the diode D is now conductive, and the energy flows off and is balanced in the upstream power supply, for example in the network. The energy is lost, it does not come back. The charging capacitor C 1 must now be recharged. This process is repeated.
  • An electric fence is usually well insulated. Animal contact only takes place very rarely and therefore has no noticeable influence on the overall energy balance of the energizer.
  • a fundamental remedy is provided according to the invention if the thyristor is already blocked with the negative half-wave of the first sinusoidal oscillation ( ⁇ 1 to 2 ⁇ 1 ). Up to this point, only as much energy has flowed from the charging capacitor C as is required to charge the fence capacitance C z .
  • the fence capacitance C z is generally small compared to the capacitance of the charging capacitor C 1 , so that the majority of the energy remains unchanged in the charging capacitor C 1 .
  • the sizes of the leakage inductance L s , the equivalent resistor R and the secondary-side capacitance, ie one of the fence capacitance C z or a fixed capacitor C 2 connected in parallel with the secondary winding W 2 of the pulse transformer, and the release time of the thyristor Th are chosen such that the thyristor is blocked by the negative half-wave of the first oscillation ( ⁇ 1 to 2 ⁇ 1 ).
  • the firing pulse must have elapsed at ⁇ 1 so that the firing pulse does not keep the thyristor open. The discharge process of the charging capacitor C is interrupted again.
  • the charging capacitor C is a fixed capacitor C 2 connected in parallel or the fence capacitance C z .
  • the energy given off by the charging capacitor C 1 is subsequently supplied from the upstream energy source.
  • a bleeder resistor R z is switched in parallel to the fence capacitance C z . This leads to a strong damping of the first oscillation, the second half-wave of the first oscillation between ⁇ 1 and 2 ⁇ 1 becoming significantly smaller or no longer appearing. Thyristor Th is no longer blocked. The energy of the charging capacitor C 1 is now fully discharged via the connected resistor R z or the animal body, this energy or part of it producing a pain effect through muscle contraction.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator, insbesondere zur Erzeugung von Weidezaunimpulsen,
    • a) mit einem Impulstransformator an dessen Primärwicklung ein elektrischer Ladekondensator und an dessen Sekundärwicklung ein elektrischer Kondensator, beispielsweise ein elektrische Kapazität aufweisender Elektrozaun angeschlossen sind, wobei die Kapazität des Ladekondensators wesentlich größer als die Kapazität des sekundärseitig angeschlossenen Kondensators ist, der Ladekondensator ständig an einen Ladestromkreis angeschlossen ist und im Parallelschaltungskreis von Ladekondensator und Primärwicklung des Impulstransformators ein mittels eines Impulstimers zum Zünden in vorher festgelegter zeitlicher Folge gesteuerter Thyristor oder ein mit Fremdsteuerungsanordnung versehener Transistor als Schalter zur Schwingungserzeugung eingesetzt ist;
    • b) durch entsprechende Ausbildung der Schaltungsanordnung und deren elektrischen Bauelemente im Ersatzschaltbild die Induktivität und die Streuinduktivität des Impulstransformators mit den Kapazitäten der an ihn primärseitig und sekundärseitig angeschlossenen elektrischen Kondensatoren einen gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreis bilden, in dessen Serienschwingkreis die Streuinduktivität, die sekundärseitig und parimärseitig wirksame Kapazität und ohm'sche Widerstände enthalten sind, deren elektrischen Werte durch die elektrischen Größen des Impulstransformators und der angeschlossenen Kondensatoren gegeben sind;
    • c) wobei mit dem Schließen des Schalters im Parallelschaltungskreis von Ladekondensator und Primärwicklung des Impulstransformators und dem damit einsetzenden Entladestrom auch ein Einschwingungsvorgang mit über dem Serienschwingkreis und den Schalter verlaufendem, ersten sinusförmigen Einschwingstrom auftritt, dessen Frequenz durch die Streuinduktivität und die im Serienschwingkreis wirksame Kapazität und dessen Dämpfung durch die im Serienschwingkreis wirksamen ohm'schen Widerstände bestimmt ist und zum Öffnen des Schaltungskreises von Ladekondensator und Primärwicklung des Impulstransformators
      • c.a) im Betrieb ohne Energieableitung im Sekundärkreis zur Vermeidung von Energieverlusten der Einschwingungsvorgang zum Sperren des Thyristors bzw. Transistors bei nur teilweiser Entladung des Ladekondensators herangezogen wird, während c.b) im Betrieb mit Energieableitung im Sekundärkreis eine durch Zuschaltung eines sekundärseitigen Widerstandes vorher festgelegter Grenzgröße hervorgerufene vermehrte Dämpfung und die dadurch eintretende ausreichende Unterdrückung der negativen Halbwelle (zwischen 7r, und 2711) des Einschwingstromes benutzt wird, ein Sperren des Thyristors bzw. Transistors mittels des Einschwingvorganges auszusetzen, bis der Ladekondensator vollständig entladen ist. Aus DE-A 1-2 733 145 ist ein grundsätzlicher Aufbau eines solchen Impulsgenerators bekannt, bei welchem der zu erzeugende und beispielsweise auf einen Elektrozaun zu legenden Impuls durch die beim Schließen des Parallelschaltungskreises von Primärwicklung und Ladekondensator einsetzende elektrische Schwingung und Transformieren dieser Schwingung auf hohe Spannung in dem Impulstransformator hervorgerufen wird. Die gemäß DE-A 1-2 733 145 zu verbessernden Geräte dieser Art sind so dimensioniert, daß der Thyristor mit der negativen Halbwelle derjenigen Schwingung gesperrt wird, die bestimmt ist, durch Parallelinduktivität im gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreis und die Kapazität des Ladekondensators. Dies bedeutet, daß der Thyristor durch die negative Halbwelle des Stromes der zweiten periodischen Schwingung, d.h. der Hauptschwingung des gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreises, gesperrt wird. Da aber in dem gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreis die Spannung der Schwingung dem Strom der Schwingung um
        Figure imgb0001
        voreilt, ist im Augenblick der Sperrung des Thyristors der Ladekondensator bereits in umgekehrter Polarität als ursprünglich aufgeladen. Er muß deshalb für den nächsten Impuls aus der Stromquelle entladen und mit umgekehrter Polarität aufgeladen werden.
  • Gemäß der aus DE-A 1-2 733 145 bekannten Verbesserung solcher Geräte soll das Schaltelement im Primärkreis d.h. dem Parallelschaltungskreis von Ladekondensator und Primärwicklung des Impulstransformators im Normalbetrieb dann geöffnet werden, wenn die Serienkapazität auf dem oberen Scheitelwert der Einschwingspannung oder in der Nähe davon aufgeladen ist. Dies erfordert, daß der im Parallelschaltungskreis von Ladekondensator und Primärwicklung liegende Schalter beim ersten Nulldurchgang, d.h. bei Beginn der zweiten Halbwelle (bei 7l1) des Einschwingstromes gesperrt bzw. der Parallelschaltungskreis aufgetrennt wird. Bei sekundärseitiger Energieableitung soll jedoch dieser frühzeitige Schaltvorgang bis zum vollständigen Entladen des Ladekondensators ausgesetzt werden. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß diese Steuerungsweise für das Schaltelement sehr empfindlich und schwer ausführbar ist, insbesondere bei kritischen und erschwerten Betriebsverhältnissen, beispielsweise wenn sekundärseitig nur sehr kleine elektrische Kapazität anliegt, wie dies beim Anschließen kurzer Elektrozäune der Fall ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die aus DE-A-1 2 733 145 bekannte, den Einschwingungsvorgang des gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreises zur Steuerung des im Parallelschaltungskreis von Ladekondensator und Primärwicklung des Impulstransformators liegenden Schalters ausnutzende Schaltungsanordnung dahingehend wesentlich zu verbessern, daß der Schalter auch bei kritischen Betriebsverhältnissen des Impulstransformators sowohl sicher zu einem vorher bestimmbaren reproduzierbaren Zeitpunkt gesperrt wird bzw. diesen Parallelschaltungskreis auftrennt, sobald ausreichend Energie für den in Normalbetrieb gewünschten energiearmen Impuls, beispielsweise einen auf einen Elektrozaun zu legenden Impuls dem Ladekondensator entnommen worden ist, während bei einem vorher bestimmbaren Schwellenwert von sekundärseitiger Energieableitung reproduzierbar die Umsteuerung des Impulsgenerators in eine Betriebsweise sichergestellt sein soll, bei der der Ladekondensator für die Erzeugung eines energiereichen Impulses vollständig entladen wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Thyristor bezüglich seiner Freiwerdezeit und der Impulstimer bezüglich der Breite des Zündimpulses bzw. die der Freiwerdezeit des Thyristors und der Breite des Zündimpulses analogen Phasenlagen der von der Fremdsteuerungsanordnung auf den Transistor gegebenen Signale zur Erfüllung folgender Bedingung auf die die Frequenz des Einschwingungsvorganges bestimmenden elektrischen Werte von Streuinduktivität, sekundärseitig wirksamer Kapazität und ohm'schen Serienwiderstand abgestimmt sind:
    • - das der auslösende Zündimpuls, der den Thyristor bzw. den Transistor leitend macht, kürzer als die erste positive Halbwelle (zwischen 0 und 7v1) des sinusförmigen Einschwingstromes ist,
    • - das der Thyristor bzw. Transistor bei. voll ausgebildeter negativer Halbwelle (zwischen π1 und 2π1) des sinusförmigen Einschwingstromes während deren Verlauf gesperrt wird und
    • - das bei Anliegen einer Dämpfung vorher festgelegter Höhe im Serienschwingkreis die dadurch bedingte zumindest teilweise unterdrückte negative Halbwelle (zwischen 7ri und 2711) des sinusförmigen Einschwingstromes nicht ausreicht, den Thyristor bzw. den Transistor zu sperren bzw. in gesperrtem Zustand zu halten.
  • Aus SCR Manual Fifth Edition General Electric, 1972, Seiten 123 bis 138 und K. Bystron "Leistungselektronik, technische Elektronik, Band II", 1979, Seiten 40 bis 47 sind zwar Kriterien bezüglich Haltestrom, Freiwerdezeit und andere Kenngrößen für die AuswahL von Thyristoren bekannt, jedoch konnte aufgrund dieser Kenngröße bisher nicht eine Verbesserung des aus DE-A-1 2 733 145 bekannten Impulsgenerators hergeleitet werden, die die gleichzeitige Erfüllung der oben angegebenen Bedingungen ermöglicht hätte. Vielmehr liegt der Erfindung die neuartige Erkenntnis zugrunde, daß man tatsächlich die Sperrcharakteristik des Schalters d.h. eines als Schalter benutzten Thyristors oder einer mit einem als Schalter benutzten Transistor vorgesehenen Fremdsteuerungsanordnung derart an die durch die Streuinduktivität und die sekundärseitig wirksame Kapazität bestimmte Frequenz des Einschwingstromes anpassen kann, daß der Sperrzeitpunkt innerhalb der zweiten Halbperiod der Kreisfrequenz des Einschwingstromes liegt und daß man trotzdem auch unter kritischen Betriebsverhältnissen eine sichere Trennung der beiden möglichen Betriebsweisen des Impulsgenerators und einen reproduzierbaren Übergang zwischen beiden Betriebsweisen aufgrund einer Schwellengröße der sekundärseitigen Energieableitung gewährleisten kann.
  • Bei Anwendung der Erfindung in Elektrozaungeräten ergeben sich zwei wesentliche Vorteile:
    • Vermeidung von Verlusten durch die Abgabe von energiearmen Impulsen, wenn die Energieableitung am Elektrozaun unterhalb eines Schwellenwertes liegt, und unmittelbarer Übergang des "Impulses" in einen energiereichen Wirkimpuls oder Schreckimpuls, wenn die Energieableitung am Elektrozaun oberhalb des Schwellenwertes liegt. Dadurch kann durch Wahl des Ladekondensators bzw. Energiespeicherkondensators ein beträchtlich erhöhter Energiegehalt des Wirkimpulses gegenüber den aus DE-A-1 2 733 145 bekannten Geräten erreicht werden, und damit eine erhebliche Erhöhung des Schreckeffektes an Elektrozäunen. Beide Wirkungen stellen wesentliche Verbesserungen in der Elektrozauntechnik dar.
  • In besonders vorteilhafter Ausführungsform der Erfindung ist parallel zur Sekundärwicklung des Impulstransformators ein elektrischer Kondensator angeschlossen, dessen feste elektrische Kapazität parallel zu dem sekundärseitig angeschlossenen elektrischen Kondensator gelegt ist.
  • Zusätzlich kann in eine oder in beide Verbindungsleitungen zwischen dem zusätzlichen elektrischen Kondensator und der Zaunkapazität eine oder mehrere Dioden geschaltet sein. Diese Anordnung von Dioden ist an sich aus DE-A-1 2 847 993 bekannt.
  • Sofern der erfindungsgemäße Impulsgenerator einen Transistor als Schalter im Parallelschaltungskreis von Ladekondensator und Primärwicklung des Impulstransformators enthält, kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Fremdsteuerungsanordnung des als Schalter benutzten Transistors Einrichtungen zum Abstimmen auf die Länge bzw. elektrische Kapazität eines angeschlossenen Elektrozaunes enthalten.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 eine Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen Impulsgenerators, der alternativ aus einer Gleichspannungsquelle oder einer Wechselspannungsquelle gespeist wird;
    • Figur 2 den Impulsgenerator gemäß Figur 1 mit Darstellung seines Impulstransformators in äquivalentem Ersatzschaltbild;
    • Figur 3 eine abgewandelte Ausführungsform des Impulsgenerators nach Figur 1, bei der der Elektrozaun über eine Diode angekoppelt und ein elektrischer Kondensator mit fester elektrischer Kapazität parallel zur Sekundärwicklung des Impulstransformators gelegt ist und
    • Fig. 4 den prinzipiellen zeitlichen Verlauf des Stromes durch den Thyristor während eines Impulsvorganges bei Geräten nach dem Stand der Technik.
  • In der Darstellung der Figur 1 sind W1 und W2 die Primärwicklung und die Sekundärwicklung eines Impulstransformators Tr mit den zugehöringen Induktivitäten L1 und L2. Ls1 und Ls2 sind die jeweiligen Streuinduktivitäten die üblicherweise einige Prozent der jeweiligen Hauptinduktivität betragen. R1 und R2 sind die ohm'schen Wicklungs- und Leitungswiderstände. C1 ist ein-vorzugsweise grosser-Ladekondensator, welcher-wie dargestellt- über den Thyristor Th an die Primärwicklung W1 angeschlossen ist. Der Ladekondensator C1 wird auf eine Spannung U1 aufgeladen, und zwar über eine vorgeschaltete Diode D1 aus einer Gleichspannungsquelle, die beispielsweise ein DC-DC-Wandler G2 oder eine mit Gleichrichter ausgestattete Wechselspannungsquelle G1 sein kann.
  • Parallel zur Sekundärwicklung des Impulstransformators Tr ist eine Kapazität Cz geschaltet, die vorzugsweise die Kapazität eines Zaundrahtes gegenüber dem Erdboden darstellen soll. Diese Kapazität Cz kann aber auch in anderer Anwendung ein fester Kondensator oder dergleichen sein. Rz ist ein ohm'scher Widerstand, der z.B. zugeschaltet wird, wenn ein Tier den Zaundraht berührt, wobei über diesen Widerstand (respektive Tierkörper) Energie verbraucht wird.
  • T ist ein ansich bekannter Impulstimer, der vorzugsweise in Abständen von ca. 1 sec. bis 2 sec. einen kurzen Zündimpuls auf das Gitter des Thyristors Th gibt und diesen leitend macht, wobei der Timer vorzugsweise direkt aus der jeweiligen Spannungsquelle gespeist wird.
  • Figur 2 zeigt das elektrische Wirkschema, das dem Impulsgenerator gemäss Figur 1 entspricht. L ist die äquivalente Ersatzinduktivität des Impulstransformators, Ls die Ersatzinduktivität der Streuinduktivität und R der Ersatzwiderstand. Der Impulstransformator hat in der Regel ein Übersetzungsverhältnis, wobei W2 grösser als W1 ist. Alle Grössen im Ersatzschaltbild sind entweder auf die Primärseite oder auf die Sekundärseite zu beziehen.
  • Der Ladekondensator C1 sei auf die Spannung U1 aufgeladen. Ein Zündimpuls macht den Thyristor Th leitend. Dadurch wird der Ladekondensator C, auf den Impulstransformator geschaltet. Die Ersatzinduktivität L ist groß gegenüber der Ersatzstreuinduktivität Ls, so daß die Impedanz der Strecke Ls, R, Cz wesentlich kleiner als die der Strecke über L ist. Wie Figur 4 zeigt, fliesst zunächst ein gedämpfter sinusförmiger Strom, der durch die Kreisgrößen der ersten Strecke bestimmt wird, und eine Kreisfrequenz von ω1 hat. Wegen der kleinen Werte von Ls gegenüber L und Cz gegenüber C1 ist die Frequenz dieser ersten Schwingung hoch. Nach Ablauf dieser als Einschwingvorgang bekannten Schwingung geht der Strom über in eine zweite Schwingung, die bestimmt wird durch die Kapazität des Ladekondensator C,, die Ersatzinduktivität L des Impulstransformators und den Ersatzwiderstand R. Die Kreisfrequenz ω2 dieser zweiten Schwingung ist daher wesentlich kleiner als die Kreisfrequenz ω1 der ersten Schwingung.
  • Bevor der Thyristor Th leitend wird, ist in dem Ladekondensator C, ein bestimmter elektrischer Energiebetrag gespeichert (1/2 C1 · U1 2). Wird der Thyristor Th gezündet und erst ab dem Zeitpunkt π2 gesperrt, wie dies nach dem Stand der Technik erfolgt, dann pendelt die Energie zwischen dem Ladekondensator C, und der Ersatzinduktivität L des Impulstransformators. Der Ladekondensator C1 entlädt sich voll, und in der Induktivität L wird eine äquivalente magnetische Energie (1/2 LI2) aufgebaut, welche wiederum als kapazitive Energie nach dem Ladekondensator C, zurückfliesst-aber mit umgekehrter Polarität. Zum Zeitpunkt π2 ist der Ladekondensator-unter Abzug der Verluste-mit umgekehrter Polarität wieder aufgeladen. Der Strom durch den Thyristor Th wird nun negativ, und der Thyristor sperrt. Wegen der jetzt umgekehrten Polarität der Energie im Ladekondensator C, ist die Diode D, nun leitend, und die Energie fliesst ab und gleicht sich in der vorgeschalteten Stromversorgung, z.B. im Netz aus. Die Energie ist verloren, sie kommt nicht wieder zurück. Der Ladekondensator C1 muß jetzt wieder aufgeladen werden. Dieser Vorgang wiederholt sich.
  • Bei gut isoliertem Zaun-wenn nur die Zaunkapazität Cz zugeschaltet ist-wird im Impulsgenerator und im angeschlossenen Zaun nur ein kleiner Teil der Energie (in R) verbraucht. Der Hauptteil der Energie geht durch die Umkehrung der Polarität und die dadurch bedingte Entladung des Ladekondensators C1 über die Stromversorgung verloren.
  • Wird ein Zaunableitwiderstand Rz (beispielsweise Tierberührung) zugeschaltet, dann fliesst die Energie aus dem Ladekondensator C, je nach Grösse des Widerstandes Rz ganz oder teilweise direkt in diesen Verbraucher und wird hier nutzbringend (beispielsweise in einen Schreckeffekt) umgesetzt. Im Zeitpunkt π2 ist dieser Vorgang schon abgelaufen. Es kommt keine oder nur noch wenig Energie zum Ladekondensator C, zurück.
  • In der Regel ist ein Elektrozaun gut isoliert. Eine Tierberührung findet nur ganz selten statt und hat deshalb keinen merklichen Einfluß auf den Gesamt-Energiehaushalt des Elektrozaungerätes.
  • Die pro Impuls aus der Stromquelle entnommene Energie ist bei herkömmlichen Geräten als Verlustenergie abzuschreiben. Bei aus dem elektrischen Versorgungsnetz betriebenen Geräten ist dies tragbar, weil dieser Energiebetrag auch bei leistungsstarken Geräten sehr gering ist. Wichtig wird diese Energieverschwendung aber bei aus Batterien getriebenen Geräten, deren Anteil in der Praxis sogar 80% beträgt. Diese Geräte werden aus Spezial-Trockenbatterien betrieben, die relativ teuer sind. Wie oben dargelegt, wird diese teure Energie praktisch vollständig in reine Verlustenergie umgesetzt.
  • Eine grundsätzliche Abhilfe wird gemäss der Erfindung geschaffen, wenn der Thyristor bereits mit der negativen Halbwelle der ersten sinusförmigen Schwingung gesperrt wird (π1 bis 2π1). Bis zu diesem Zeitpunkt ist aus dem Ladekondensator C, nur so viel Energie abgeflossen wie benötigt wird, um die Zaunkapazität Cz aufzuladen. Die Zaunkapazität Cz ist in der Regel klein gegenüber der Kapazität des Ladekondensators C1, so daß der Hauptteil der Energie unverändert in dem Ladekondensator C1 verbleibt.
  • Erfindungsgemäss werden daher die Grössen der Streuinduktivität Ls, des Ersatzwiderstandes R und der sekundärseitigen Kapazität, d.h. eine der Zaunkapazität Cz oder eines parallel zur Sekundärwicklung W2 des Impulstransformators geschalteten Festkondensators C2, sowie die Freiwerdezeit des Thyristors Th so gewählt, daß der Thyristor durch die negative Halbwelle der ersten Schwingung (π1 bis 2π1) gesperrt wird. Dabei muß allerdings der Zündimpuls bereits bei π1 abgelaufen sein, damit nicht der Zündimpuls den Thyristor offenhält. Der entladevorgang des Ladekondensators C, wird wieder unterbrochen. Es wird dann aus dem Ladekondensator C, nur so viel Energie entnommen wie nötig ist, um die sekund- ärseitige Kapazität, sei es ein parallel geschalter Festkondensator C2 oder die Zaunkapazität Cz, aufzuladen. Die dabei vom Ladekondensator C1 abgegebene Energie wird aus der vorgeschalteten Energiequelle nachgeliefert.
  • Im Fall der Tierberührung wird ein Ableitwiderstand Rz parallel zur Zaunkapazität Cz zugeschaltet. Dies führt zu einer starken Dämpfung der ersten Schwingung, wobei die zweite Halbwelle der ersten Schwingung zwischen π1 und 2π1 wesentlich kleiner wird bzw. nicht mehr erscheint. Der Thyristor Th wird jetzt nicht mehr gesperrt. Die Energie des Ladekondensators C1 entlädt sich jetzt voll über den zugeschalteten Widerstand Rz bzw. den Tierkörper, wobei diese Energie oder ein Teil derselben durch Muskelkontraktion einen Schmerzeffekt erzeugt.
  • Bei der oben erläuterten erfindungsgemässen Abstimmung und dem Aufbau der Schaltungsanordnung gemäss Figur 1 und 2 wird normalerweise die auf die Zaunkapazität Cz gegebene Ladung über die vorgeschaltete Induktivität wieder entladen, so daß auch dieser Energiebetrag verloren geht. Sollte bei sehr langen Elektrozäunen die Zaunkapazität Cz doch einen erheblichen Wert annehmen, so kann in einer in Figur 3 dargestellten Abwandlung durch Zuschaltung einer Diode D2 der Rückfluß dieser Energie verhindert werden. Es fällt dann hier praktisch kein Energieverlust mehr an. Es ist aber in diesem Fall notwendig, einen festen Kondensator C2 vorzusehen, damit sich die erste sinusförmige Schwingung ausbilden kann. Dieser Festkondensator C2 kann in seiner Kapazität klein gegenüber der Kapazität des Ladekondensators C1 gehalten werden, so daß auch die Verluste, die durch diesen Festkondensator C2 unvermeidlich sind, klein gehalten werden.

Claims (4)

1. Impulsgenerator, insbesondere zur Erzeugung von Weidezaun-Impulsen,
a) mit einem Impulstransformator, an dessen Primärwicklung (W1) ein elektrischer Ladekondensator (C1) und an dessen Sekundärwicklung (W2) ein elektrischer Kondensator (Cz; C2+Cz) beispielsweise ein elektrische Kapazität aufweisender Elektrozaun, angeschlossen sind, wobei die elektrische Kapazität des Ladekondensators (C1) wesentlich größer als die elektrische Kapazität des sekundärseitig angeschlossenen Kondensators (Cz; C2+Cz) ist, der Ladekondensator (C,) ständig an einen Ladestromkreis (G1; G2) angeschlossen ist und im Parallelschaltungskreis von Ladekondensator (C1) und Primärwicklung (W1) des Impulstransformators ein mittels eines Impulstimers (T) zum Zünden in vorher festgelegter zeitlicher Folge gesteuerter Thyristor (Th) oder ein mit Fremdsteuerungsanordnung versehener Transistor als Schalter zur Schwingungserzeugung eingesetzt ist;
b) durch entsprechende Ausbildung der Schaltungsanordnung und deren elektrischen Bauelemente im Ersatzschaltbild die Induktivität (L) und die Streuinduktivität (Ls) des Impulstransformators mit den Kapazitäten der an ihm primärseitig und sekundärseitig angeschlossenen elektrischen Kondensatoren (C1, Cz; C1, C2+Cz) einen gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreis bilden, dessen Serienschwingkreis die Streuinduktivität (Ls), die sekundärseitig wirksame Kapazität und ohm'schen Widerstände enthält, deren elektrische Werte durch die elektrischen Größen des Impulstransformators und der angeschlossenen Kondensatoren (C1, C2, Cz) gegeben sind, wobei mit dem Schließen des Schalters im Parallelschaltungskreis von Ladekondenstor (C1) und Primärwicklung (W1) des Impulstransformators und den damit einsetzenden Entladestrom auch ein Einschwingungsvorgang mit über den Serienschwingkreis und den Schalter verlaufenden ersten sinusförmigen Einschwingstrom auftritt, dessen Frequenz durch die Streuinduktivität (Ls) und die im Serienschwingkreis wirksame elektrische Kapazität und dessen Dämpfung durch die am Serienschwingkreis wirksamen ohm'schen Widerstände bestimmt sind und zum Öffnen des Parallelschaltungskreises von Ladekondensator (C1) und Primärwicklung (W1) des Impulstransformators
c.a) im Betrieb ohne Energieableitung im Sekundärkreis zur Vermeidung von Energieverlusten der Einschwingungsvorgang zum Sperren des Thyristors (Th) bzw. Transistors bei nur teilweiser Entladung des Ladekondensators. (C1) herangezogen wird, während
c.b) im Betrieb mit Energieableitung im Sekundärkreis eine durch Zuschaltung eines sekundärseitigen Widerstandes (Rz) vorher festgelegter Grenzgröße hervorgerufene vermehrte Dämpfung und die dadurch eintretende ausreichende Unterdrückung der negativen Halbwelle (zwischen π1 und 2π1) des Einschwingstromes benutzt wird, ein Sperren des Thyristors bzw. Transistors mittels der Einschwingvorganges auszusetzen, bis der Ladekondensator (C1) vollständig entladen ist dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor (Th) bezüglich seiner Freiwerdezeit und der Impulstimer (T) bezüglich der Breite des Zündimpulses bzw. die der Freiwerdezeit des Thyristors und der Breite des Zündimpulses analogen Phasenlagen der von der Fremdsteuerungsanordnung auf den Transistor gegebenen Signale zur Erfüllung folgender Bedingungen auf die die Frequenz des Einschwingungsvorganges bestimmenden elektrischen Werte von Streuinduktivität (Ls), sekundärseitig wirksamer Kapazität und ohm'schen Serienwiderstand (R) abgestimmt sind:
- daß der auslösende Zündimpuls der den Thyristor (Th) bzw. den Transistor leitend macht, kürzer als die erste positive Halbwelle (zwischen 0 und π1) des sinusförmigen Einschwingstromes ist,
- daß der Thyristor bzw. der Transistor bei voll ausgebildeter negativer Halbwelle (zwischen π1und 2π1) des sinusförmigen Einschwingstromes während deren Verlauf gesperrt wird und
- daß bei Anliegen einer Dämpfung vorher festgelegter Höhe im Serienschwingkreis die dadurch bedingte, zumindest teilweise unterdrückte negative Halbwelle (zwischen π1 und 2π1) des sinusförmigen Einschwingstromes nicht ausreicht, den Thyristor (Th) bzw. den Transistor zu sperren bzw. in gesperrtem Zustand zu halten.
2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Sekundärwicklung (W2) des Impulstransformators ein zusätzlicher elektrischer Kondensator (C2) angeschlossen ist, dessen feste elektrische Kapazität parallel zur Zaunkapazität (Cz) gelegt ist.
3. Impulsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in eine oder in beide Verbindungsleitungen zwischen dem zusätzlichen elektrischen Kondensator (C2) und der Zaunkapazität (Cz) eine oder mehrere Dioden (D2) geschaltet sind.
4. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdsteuerungsanordnung eines als Schalter benutzten Transistors Einrichtungen zur Abstimmung auf die Länge bzw. Kapazität (Cz) eines angeschlossenen Elektrozaunes enthält.
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