FI75454B - Vaexelstroemsomriktare. - Google Patents

Description

75454

Vaihtosähkönmuuttaj a

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen vaihtosähkönmuuttaja.

5 Sellainen taajuuden muutin on selitetty saksalai sessa patenttihakemuksessa P 30 29 672.1 (VPA 80 P 4410 DE); toimintasuhteen varauskytkimen ohjaamiseksi määrää tällöin säädin, johon syötetään asetusarvona tasasuuntaajan puoliaaltojännite, mikä kuitenkin vaatii suhteellisen 10 monimutkaisen kytkennän.

Mainitun kytkennän yhteydessä täytyy edelleen kytkeä irti tasonsäädin, kun varauskondensaattorista ei oteta energiaa, esim. kun vaihtosuuntaaja ei värähtele.

Keksinnön päämääränä on yksinkertaistaa alussa mai-15 nitun laatuisen vaihtosähkönmuuttajan yhteydessä varaus-kytkimen ohjausta. Erityisesti tulee tämän olla tehty sillä tavalla, että se automaattisesti kytkee irti tasonsää-timen ei-värähtelevän vaihtosuuntaajan yhteydessä ja toimii mahdollisimman vähäisellä häviöllä.

20 Tämän tehtävän keksinnön mukainen ratkaisu on sel laisen vaihtosähkönmuuttajan yhteydessä tunnettu siitä, että varauskytkimen ohjausosa on tahdistettu vaihtosuuntaajan toisen kytkimen suorakaidejännitteellä, ja että varauskytkimen päällekytkentäajan toimintasuhde jaksonkes-25 toon nähden määritetään hidastusvaraajan varusajasta riippuvan ohjaussuureen avulla, hidastusvaraajän purkauspiirin ollessa muodostettu vaihtosuuntaajan yhden kytkimen kautta.

Keksinnön yhteydessä toimii varauskytkin siten sa-30 maila kytkentätaajuudella kuin vaihtosuuntaajan kytkimet, jolloin ohjausjännite varauskytkintä varten on johdettu esim. kapasitiivisen jännitteenjakajan välityksellä vaihtosuuntajan toisessa kytkimessä olevasta suorakulma-jännitteestä. Jos tämä jännite jää pois ei-värähtelevän 35 vaihtosuuntaajan yhteydessä, niin myös tasonsäätimen va- 2 75454 rauskytkin pysyy avonaisena. Häiriön esiintyessä tarvitsee sen vuoksi kytkeä irti ainoastaan vaihtosuuntaaja.

Ensimmäisen suoritusesimerkin mukaisesti voi vara-uskytkimen kytkentäaika olla voimassa kulloinkin suorakul-5 majännitteen loppuun saakka vaihtosuuntaajan toisessa kytkimessä, jolloin sen alku on hidastusvaraajan varausajan lopun välityksellä määrätty toiminta-arvoon, jonka alku alkaa mainitulla suorakulmajännitteellä; kytkentäaika on sen mukaisesti varausajan verran pienempi kuin puoli jak-10 sonkestoa.

Erään toisen suoritusmuodon mukaisesti voi kuitenkin varauskytkimen kytkentäaika olla määrätty myös välittömästi hidastusvaraajan varausajan avulla ja aloittaa suorakulmajännitteen alkamisella tai loppumisella vaihto-15 suuntaajan toisessa kytkimessä.

Edellyttäen, että varauskondensaattorin keskijän-nitteen tulee olla ainoastaan vähän suurempi kuin tasasuuntaajan puoliaaltojännitteen huippuarvo, vaihtelee va-rauskuristimen purkausjännite (varauskondensaattorin ja 20 tasasuuntaajan jännitteiden välinen ero) hyvin voimakkaasti verkkovaihtojännitteen puoliaallon sisällä, mikä vakion toimintasuhteen yhteydessä Johtaa verkkovirran poikkeamiin sinimuodosta.

Tämän estämiseksi on toimintasuhteella sinänsä tun-25 netulla tavalla (DE-OS 26 52 275) tasasuuntaajan puoliaalto jännitteen jokaisen puoliaallon keskialueella minimiarvo ja puoliaallon ensimmäisessä ja viimeisessä kolmanneksessa maksimiarvo ja se muuttuu niiden välissä tämän puoliaalto-jännitteen tai varauskondensaattorin jännitteen hetkelli-30 sestä arvosta riippuvaisesti ohjaukseltaan. Minimiarvo on tällöin mitoitettu edullisesti siten, että varauskuristin voi varauskondensaattorin nimellisjännitteellä ja nimel-liskuormituksen omaavalla kuormalla purkautua täysin ennen jokaista varausta. Edelleen on edullista tehdä toiminta-35 suhde riippuvaiseksi myös varauskondensaattorin jännitteen

II

75454 3 keskiarvosta tämän jännitteen pitämiseksi mahdollisimman vakiona.

Vaihtosähkönmuuttajan käyttö puolijohdekomponenteilla vaatii lisäksi alhaisella jännitetasolla olevaa oh-5 jaustehoa. Tämä saadaan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti aikaan likimain häviöttömästi kahdesta kondensaattorista muodostuvan jännitteenjakajan avulla, joka on rinnan varauskytkimen ja/tai vaihtosuuntaajan toisen kytkimen kanssa ja rajoittaa samalla jännitteen nousun 10 kytkimen avautumisen yhteydessä, mikä käytettäessä transistoreja kytkiminä myötävaikuttaa irtikytkentäpurkauk-seen.

Tasonsäätimen syöttämä vaihtosuuntaaja voi olla tehty siltakytkennäksi, joka käsittää neljä kytkintä tai 15 kaksi kytkintä ja kaksi kondensaattoria. Edullisesti on tällöin kuitenkin kysymys vaihtosuuntaajasta, joka käsittää ainoastaan kaksi kytkintä ja kuormahaaran, joka on kytketty rinnan toisiokytkimen kanssa ja sisältää sarja-kytkennässä värähdyskondensaattorin, kuormituksen, sarja-20 resonanssipiirin ja kyllästysmuuntajan ensiökäämin. Kyl-lästysmuuntajassa on tällöin toisiokäämit vaihtosuuntaajan molempien kytkimien vuorottaiseksi ohjaamiseksi, jolloin kyllästysmuuntajan määräämä, vaihtosuuntaajan käyttötaa-juus on jonkin verran sarjaresonanssipiirin resonanssitaa-25 juuden yläpuolella. Käytettäessä transistoreja kytkiminä, voidaan tällöin sinänsä tunnettujen antiparalleelikytket-tyjen takavirtadiodien yhteydessä välttää varmasti transistorien kytkentäaikojen päällekkäisyys. Käynnistysim-pulssi tuodaan käynnistyskondensaattorista liipaisudiodin 30 kautta vaihtosuuntaajan ensiökytkimeen.

Vaihtosähkönmuuttaja on sopiva ennen kaikkea esi-kuumennettavia elektrodeja sisältävien kaasunpurkauslamp-pujen käyttöä varten, jolloin sarjaresonanssipiirin kondensaattori on aina kaasunpurkauslampun molempien elektro-35 dien välissä. Tällöin on jatkuvasti syttymästä kieltäyty- 4 75454 vän lampun yhteydessä huolehdittava vaihtosähkönmuuttajan irtikytkennästä.

Tähän tarkoitukseen käytetään blstabillia kytkentälaitetta, joka kytkeytyy erotussignaalin vaikutuksesta ja 5 joka käsittää pitovirtapiirin, jonka avulla tämä kytkentä-tila säilytetään pitovirtapiirin katkaisuun saakka. Keksinnön mukaisesti on toinen kaasunpurkauslampun elektrodeista tai kahden elektrodin sarjakytkentä kaksi lamppua käsittävän kytkennän yhteydessä tässä pitovirtapiirissä ja 10 käynnistyskondensaattorin varausvirtapiirissä. Lampun vaihdon yhteydessä päättyy irtikytkentätila siten automaattisesti ja lampun toiminta alkaa jälleen, ilman että sitä varten tarvitsee kytkeä irti koko valaistuslaitteis-toa.

15 Edullisesti toimii kytkentälaitteena pysäytystyris tori, joka saattaa käynnistyskondensaattorin ja kyllästys-muuntajan katkaisukäämin oikosulkutilaan jatkuvasti syttymästä kieltäytyvän lampun yhteydessä ja asettaa siten vaihtosuuntaajan - ja siten välittömästi myös tasonsääti-20 men - pois toiminnasta. Tämä tila säilyy pysäytystyristo-rin pitovirran katkaisuun saakka, jonka tyristorin pito-piiri on tätä tarkoitusta varten liitetty kaasunpurkauslampun yhden elektrodin ja esivastuksen välityksellä syöt-töjännitteelle, esimerkiksi varauskondensaattoriin. Lampun 25 vaihdon yhteydessä tämä virtapiiri katkeaa pakkotoimisesta ja oikosulkutila lakkaa. Uuden lampun paikalleen sijoittamisen jälkeen voi käynnistyskondensaattori varautua uudelleen ja vaihtosähkönmuuttaja alkaa jälleen automaattisesti toimia.

30 Keksintöä selitetään lähemmin kahden suoritusmuoto- esimerkin yhteydessä. Tällöin esittää kuvio 1 ensimmäistä suoritusmuotoesimerkkiä, kuvio 2 toista suoritusmuotoesimerkkiä, joka eroaa ainoastaan pistekatkoviivalla esitetyn keskiviivan vasem-35 maila puolella olevan ohjausosan osalta kuvion 1 mukaises-

II

5 . H . 75454 ta suoritusmuodosta, kuvio 3 tasasuuntaimen G puoliaaltojännitteen kulkua (katkoviiva) ja virran Ij kulkua varauskuristimen kautta, 5 kuvio 4a jännitteen kulkua varauskuristimessa, kuvio 4b virtaa varauskuristimen kautta, kuvio 4c tahdistavan suorakulmajännitteen UT1 vai-hetilaa kuvion 1 mukaisen suoritusmuotoesimerkin yhteydessä, 10 kuvio 4d tahdistavan suorakulmajännitteen vaiheti- laa ensiötransistorissa kuvion 2 mukaisen suoritusmuoto-esimerkin yhteydessä ja kuvio 5 suoritusmuotoesimerkkiä.

Kaksitiekytkennässä oleva tasasuuntaaja G on tulopuolelta liitetty ei-esitetyn suodattimen välityksellä 15 vaihtojänniteverkkoon (220 volttia/50 Hz) ja lähtöpuolella se syöttää varauskuristimen L ja varausdiodin D välityksellä varauskondensaattoria C. Rinnan tämän kanssa on liitetty vaihtosuuntaajan kahdesta vaihdellen läpikytkevästä transistorista muodostuva sarjakytkentä; varausdiodin D 20 vieressä olevaa transistoria T3 nimitetään seuraavassa toisiotransistoriksi ja toista transistoria Tl ensiötran-sistoriksi. Rinnan toisiotransistorin T3 kanssa on kuorma-haara, jossa ovat kaasunpurkauslamppu E, sarjaresonanssi-piiri C2, L2, värähdyskondensaattori Cl ja kyllästysmuun-25 tajän ensiökäämi L30 sarjakytkennässä, jolloin sarjareso-nanssipiirin kondensaattori C2 sijaitsee purkauslampun E molempien esikuumennettavien elektrodien välissä, jonka lampun toinen elektrodi on liitetty välittömästi varaus-kondensaattoriin C.

30 Kyllästysmuuntajassa on kaksi toisiokäämiä L31, L32 sekä katkaisukäämi L33; toisiokäämit L31, L32 on kytketty siten ensiö- ja toisiotransistorin Tl, T3 ohjauspiireihin, että nämä tulevat vaihdellen ohjatuiksi kyllästysmuuntajan jälleenmagnetointiajan kuluessa. Tällöin on kyllästysmuun-35 taja mitoitettu siten, että sen määräämä vaihtosuuntaajan 6 75454 käyttötaajuus on jonkin verran sarjaresonanssipiirin resonanssi taajuuden yläpuolella. Täten syntyy aukkoja toisiaan seuraavien ohjausimpulssien väliille, niin että ensiö- ja toisiotransistorin samanaikainen johtava tila ja siten 5 jännitteen oikosulku varauskondensaattorissa C ei ole mahdollinen. Virran johtamiseksi molempien transistorien samanaikaisen sulkutilan aikana on kaksi takavirtadiodia Dl, D2 sovitettu rinnan kunkin transistorin kanssa. Ensiö-transistorin Tl kytkentääjän kuluessa on varauskondensaat-10 torin C jännite kuormahaarassa ja johtaa värähdyskonden-saattorin Cl varaukseen kuviossa osoitetulla napaisuudella. Transistorin Tl sulkutilaan joutumisen jälkeen virtaa virta kuormahaaran kautta, sarjaresonanssipiirin kuristimen L2 läpi, edelleen takavirtadiodin D2 kautta, kunnes T3 15 kytkeytyy. Sen jälkeen purkautuu värähdyskondensaattori Cl T3:n ja kuormahaaran kautta, kunnes T3 joutuu jälleen sulkutilaan. Tämän jälkeen virtaa kuormitusvirta samassa suunnassa varauskondensaattorin C ja takavirtadiodin Dl kautta edelleen Tl: n uuteen kytkeytymiseen saakka. 20 Suorakulmajännitteen UT1 kulku ensiötransistorissa on -idealisoituna - esitetty kuvioissa 4c, 4d.

Vaihtosuuntaajan käytön yhteydessä varauskonden-saattorista C saatu energia tuodaan tähän tasasuuntaimesta G varauskuristimen L ja varausdiodin D kautta. Kuvion 1 25 mukaisessa suoritusesimerkissä muodostavat ensiötransisto-ri Tl ja varaustyristori T2 tätä tarkoitusta varten sarja-kytkennässä varauskytkimen, jonka välityksellä varausku-ristin L on kytketty rinnan tasasuuntaajan G kanssa. Edullisesti on varaustyristorin T2 yhteydessä kysymys suo-30 ritusmuodosta, joka ei sulkeudu paluusuunnassa, vaan joka toimii diodin tapaan: Tässä tapauksessa voi silloin taka-virtadiodi D2 jäädä pois, koska varaustyristori T2 sarja-kytkennässä D:n kanssa - voi ottaa vastaan sen tehtävän.

Varaustyristorin T2 sytytys on mahdollinen ainoas-35 taan vaihtosuuntaajan ensiötransistorin Tl kytkentäaikojen

II

75454 7 aikana: Vastaavasti se syttyy ajankohtana tl hidastusajalla a ensiötransistorin Tl kytkentäajankohdan tO jälkeen (vrt. kuviot 4a - 4c). Tl:n uuteen sulkeutumiseen saakka on varauskuristin tasasuuntaajan G puoliaaltojännitteellä 5 ja vastaanottaa energiaa, jonka se Tl:n sulkutilaan joutumisen jälkeen luovuttaa varausdiodin D välityksellä varauskondensaattoriin C tai vast, siihen liitettyyn vaihtosuuntaajan ja sen kulutuskohtaan. Varauskuristimen varaaminen ja purkaminen tapahtuu siten tahdistetusti vaih-10 tosuuntaajan vaihtokytkennän kanssa, joka värähtelee esim. taajuudella 40 kHz. Yhtä usein varautuu tai purkautuu varauskuristin tasasuuntaajan G tuottaman puoliaaltojännitteen yhden puoliaallon aikana, jolloin virralla IL on varauskuristimen läpi kaavamaisesti esitetty kulku. Suodatin 15 integroi virtaimpulssit ennen tasasuuntaajaa likimain sinimuotoiseksi verkkovirraksi, jolloin suodatin voi suuren kytkentätaajuuden vuoksi olla mitoitettu suhteellisen pieneksi .

Kuvioissa 4a ja 4b on esitetty jännitteen UL kulku 20 varauskuristimessa L ja sen virta IL varaus- ja purkaus-jakson aikana suurennettuna. Varauskuristin L varautuu aina puoliaaltojännitteen hetkellisen arvon mukaan, minkä vuoksi varausvirran nousu vaihtelee vastaavasti. Kuristimen varauksen purkamiselle on sitä vastoin kulloinkin mää-25 räävä puoliaaltojännitteen hetkellisen arvon ja varauskon-densaattorin C käytännöllisesti ottaen vakion jännitteen välinen ero, niin että pisin purkausaika syntyy suurimman hetkellisen arvon yhteydessä. Varauskytkimen kytkentääjän TL jakson keston T välinen toimntasuhde V riippuu varaus-30 tyristorin T2 sytytyksen hidastusajasta a ensiötransistorin Tl läpikytkentäajankohtaan tO verrattuna ja se on periaatteessa valittava siten, että varauskuristimen suurin vastaanottama energia - siis puoliaaltojännitteen suurimman arvon ajankohtana - voi täysin virrata pois varausdio-35 din D kautta ennen seuraavaa varausta. Ainoastaan silloin 8 75454 ei varaustyristorin t2 sytytyksen yhteydessä esiinny taka-virtaa varausdiodin D kautta ja siten varaustyristorin kytkentään ei liity häviöitä; edelleen ainoastaan silloin voidaan saada aikaan varauskuristimen mahdollisimman pieni 5 mitoitus.

Varaustyristoria T2 ohjataan tahdistetusti vaihtosuuntaajan vaihtokytkentätapahtumiin nähden. Tätä tarkoitusta varten on sen ohjausmatka liipaisudiodin D9 välityksellä rinnan hidastuskondensaattorin C6 kanssa, joka on 10 puolestaan purkausdiodin D8 välityksellä rinnan toisio-transistorin T3 kanssa ja on ensiötransistorin Tl, säädettävän purkausvastuksen Rl ja erotusdiodin D7 välityksellä liitetty ohjausjännitelähteeseen. Viimeksi mainittu muodostuu ohjaustransistorista T5 ja rinnan siihen nähden so-15 vitetusta varastointikondensaattorista C5, joka muodostaa yhdessä diodin D5 ja jakajakondensaattorin C7 kanssa ensiötransistorin Tl kanssa rinnan sijaitsevan jännitteenjakajan, joka vastaavasti varautuu ja purkautuu jaksoittai-sesti T3:n ja Tl:n välityksellä. Tällä tavalla syntyy kon-20 densaattorissa C5 käytännöllisesti ottaen häviöttömästi varauskondensaattorin C suuresta jännitteestä johdettu alhainen käyttöjännite, jonka suuruutta rajoittaa zenerdiodi D6, joka samalla saa aikaan C7:n varauksen purkautumisen. C5 ja C7 rajoittavat samalla jännitteen nousua Tlissä ja 25 saavat aikaan siten irtikytkentäpurkauksen.

Johtavaksi ohjatun toisiotransistorin T3 yhteydessä menee varaustyristori T2 R5:n, D4:n välityksellä nopeasti sulkutilaan ja hidastuskondensaattorin C6 varaus purkautuu D8:n kautta. Sen varautuminen alkaa siten määritellystä 30 potentiaalista ensiötransistorin Tl ohjauksen alusta ajankohtana TO: Tästä lähtien purkautuu nimittäin varastointi-kondensaattorin C5 varaus D7:n, Rl:n ja ensiötransistorin Tl kautta hidastuskondensaattoriin C6, jonka jännite saavuttaa Rl:ssä säädettävän hidastusajän a kuluttua arvon, 35 jonka yhteydessä liipaisudiodi D9 kytkeytyy ja varausty-

II

75454 9 ristori T2 syttyy. Tämä varaustyristorin yksinkertainen, tahdistettu ohjaus on ennen kaikkea huomionarvoinen myös, koska hidastuskondensaattori C6 on suuremmassa potentiaalissa kuin varastointikondensaattori C5.

5 Varastointikondensaattorissa C5 on oleellisesti va kio käyttöjännite, joka huolehtii myös vakiosta aikaviiveestä a. Siihen yhdistetyt varauskuristimen eripituiset purkausajat johtavat kuitenkin vaihtojänniteverkosta saadun virran poikkeamiseen sinimuodosta, joka on sitä suu-10 rempi, mitä vähemmän varauskondensaattorin jännite on tasasuuntaajan puoliaaltojännitteen suurimman arvon yläpuolella. Tuloksena on verkkovirta jokaisen puoliaallon alussa ja lopussa jonkin verran pienempi ja keskialueella suurempi kuin sinimuotoisen virran arvo. Suurimittainen 15 läheneminen saavutetaan kuitenkin muuttamalla varastointi-kondensaattorin C5 käyttöjännitettä puoliaaltojännitteen suuruudesta riippuvaisesti. Tätä tarkoitusta varten on C5:n kanssa rinnan kytketty ohjaustransistori T5, jonka ohjausmatka on liitetty zenerdiodin D3 välityksellä RC-20 elimeen ja tämä diodin D15 välityksellä R6:een, R7:ään rinnan tasasuuntaimen G kanssa. Kytkentä on tällöin mitoitettu siten, että transistoria T5 ohjataan jonkin verran ainoastaan tasasuuntaajan G puoliaaltojännitteen jokaisen puoliaallon keskialueella zenerdiodin D3 välityksellä ja 25 siten jännite alenee varastointikondensaattorissa C5. Täten on tällä keskialueella tuloksena puoliaaltojännitteen hetkellisen arvon myötä kasvava hidastusaika a, josta ovat seurauksena lyhyemmät virtaimpulssit ja siten varauskuristimen vähentynyt energian vastaanotto. Siten on toisaalta 30 mahdollista valita hidastusaika jokaisen puoliaallon alun ja lopun alueella pienemmäksi ja siten suurentaa verkosta otettuja virtaimpulsseja, ilman että varauskuristimen täydellisen jälleenmagnetoinnin haluttu käyttötapa muuttuu. Näistä toimenpiteistä on sitten tuloksena verkkovirta, jo-35 ka on hyvin lähellä sinimuotoa.

10 75454

Hidastusaikaan a vaikutetaan edelleen varauskonden-saattorln C Jännitteen kulutusta ja suuruudesta riippuvaisesti. Tätä varten on RC-elin kytketty ohjaustransistorin T5 ohjausmatkalla diodin D16 ja vastuksen R71 välityksellä 5 myös varauskondensaattoriin C. RC-elimen kondensaattori C4 huolehtii tällöin lisätasoituksesta ja sellaisesta vaihe-siirtymästä, että jonkin verran aaltomainen (100 Hz) tasa-jännite kulkee siinä likimain tahdistetusti verkkovaihto-jännitteeseen verrattuna. Jos siten varauskondensaattorin 10 C jännite kohoaa jännitteenjakajan ja zenerdiodin D3 määräämän arvon yläpuolelle, niin hidastusaika suurenee T5:n kautta ja ja siten varauskuristimen varausaika pienenee verkkovaihtojännitteen jokaisen puoliaallon keskialueella, mikä lisäksi myötävaikuttaa verkkovirran sinimuodon para-15 nemiseen.

Kuvaillun säädön vaikutuksesta ei jännite varaus-kondensaattorissa voi ylittää tiettyä raja-arvoa silloinkaan, kun siihen ei ole liitetty mitään kuormitusta tai on liitetty liian pieni kuormitus, esim. liian pienitehoinen 20 lamppu.

Jätettäessä pois Dl5 ja Dl6 voidaan C4 liittää R71:n välityksellä ja rinnan sen kanssa Rl':n ja C4':n välityksellä - esitetty katkoviivoin - suoraan varauskondensaattoriin C. Myös siten saadaan aikaan jännitteen säätö 25 C:ssä ja tämän jännitteen aaltomuodon vuoksi samalla -Rl':n ja C4':n vastaavan mitoituksen yhteydessä - varaus-kuristimen L varausajan lyheneminen verkkovaihtojännitteen puoliaaltojen keskialueella ja siten verkkovirran parempi läheneminen sinimuotoa vastaavaksi. Vaihtosuuntaaja ja ta-30 sonsäädin alkavat työskennellä vasta, kun jännite on käyn-nistyskondensaattorissa C8 saavuttanut sellaisen arvon, että sen energia kytkeytyy liipaisudiodin D13 välityksellä ensiötransistorin Tl ohjausmatkalle ja siten tämä kytkeytyy. Käynnistys kondensaattori C8 on tätä tarkoitusta var-35 ten liitetty toisaalta vastusten R2, R4 ja lampun E elek-

II

75454 11 trodin välityksellä varauskondensaattoriin C ja toisaalta diodin D10 välityksellä rinnan ensiötransistorin Tl kyt-kentämatkan kanssa. Sen jälkeen, kun verkkovaihtojännite on kytketty tasasuuntaajaan, varautuu varauskondensaattori 5 C varauskuristimen ja varausdiodin välityksellä ja siten myös käynnistyskondensaattori C8, kunnes ensiötransistori Tl syttyy. Sitten purkautuu samalla käynnistyskondensaat-torin varaus D10:n kautta, niin että tämä käynnistyskyt-kentä ei voi vaikuttaa enää vaihtosuuntaajan jaksoittaisen 10 värähtelyn aikana.

Käytettäessä vaihtosähkönmuuttajaa kaasunpurkaus-lampun E kanssa, on huolehdittava vaihtosähkönmuuttajan irtikytkennästä jos kaasunpurkauslamppu on jatkuvasti haluton käynnistymään, siis esiintyy ainoastaan toistuvia, 15 tuloksettomia käynnistysyrityksiä. Tätä tarkoitusta varten on sovitettu pysäytystyristori T4, jonka kanssa rinnan on kytketty kyllästysmuuntajan katkaisukäämi L33 diodien Dll, D12 välityksellä ja käynnistyskondensaattori C8 R2:n välityksellä ja joka saa pitovirtansa kaasunpurkauslampun 20 varauskondensaattorin C vieressä olevan elektrodin ja esi-vastuksen R4 välityksellä.

Katkaisukäämiin L33 on diodin Dll välityksellä liitetty myös RC-elin R3, C9 rinnankytkennässä, joka taas on liipaisudiodin D14 kautta kytketty rinnan pysäytystyristo-25 rin T4 ohjausmatkan kanssa. Tämän kytkennän toiminta ja mitoitus pohjautuu siihen tosiasiaan, että kaasunpurkauslampun käsittävän kuormahaaran kautta virtaavan ja katkai-sukäämin L33 ottaman virran amplitudi on oleellisesti suurempi lampun ollessa sytytettynä (vaimennettu resonanssi-30 piiri). Mitoituksen määräämän lukumäärän jälkeen hyödyttömiä käynnistysyrityksiä on C9 varautunut niin paljon, että pysäytystyristori T4 syttyy liipaisudiodin D14 välityksellä ja katkaisukäämi L33 joutuu oikosulkuun. Siten jäävät pois vaihtosuuntaajan transistorien ohjausjännitteet ja 35 vaihtosuuntaajan käyttö keskeytyy. Sellaiseen irtikytken- 12 7 5 4 5 4 tään eivät kuitenkaan johda normaalit sytytysyritykset eikä normaali lamppuvirta, koska tällöin C9:n jännite ei saavuta liipaisudiodin D14 ohjaamiseksi vaadittavaa arvoa.

Tasonsäätimen synkroniohjauksen vuoksi vaihtosuun-5 taajan kytkimien suorakulmajännitteestä riippuvaisesti kytkeytyy tasonsäädin automaattisesti irti vaihtosuuntaajan kanssa ja jälleen toimintaan vaihtosuuntaajan käynnistyksen jälkeen.

Vaihtosuuntaaja pysyy irtikytkettynä, kunnes pysäy-10 tystyristorin T4 pitovirta voi katketa ja tämä voi sen vuoksi jälleen siirtyä sulkutilaan. Tätä tarkoitusta varten voidaan esim. verkkovaihtojännite katkaista. Hyvin usein on kuitenkin katkaisu seuraus viallisesta lampusta, joka vaihdetaan verkkojännitettä katkaisematta. Koska myös 15 käynnistyskondensaattorin C8 virtapiiri on johdettu lampun elektrodin kautta, alkaa vaihtosähkömuuttaja värähdellä jälleen automaattisesti uuden lampun paikalleen sijoittamisen jälkeen.

Kuvion 2 mukainen suoritusesimerkki eroaa kuvion 1 20 mukaisesta ainoastaan varauskytkimen T2 ohjauksen osalta, joka kytkin on tällöin tehty MOS-tehotransistoriksi. Pis-tekatkoviivan oikealla puolella oleva kytkentä on yhdenmukainen kuvion 1 vastaavan osan kanssa.

Ohjaamiseksi käytetään komparaattoria S, jonka kyt-25 kentätulo + sijaitsee zenerdiodissa D19 ja on vastuksen R8 ja rinnakkaiskondensaattorin CIO välityksellä kytketty rinnan ensiötransistorin Tl kanssa. Komparaattorin sulku-tulo - sijaitsee hidastuskondensaattorissa C6’, joka on purkausdiodin D8' ja vastuksen R65 kautta samoin kytketty 30 rinnan ensiötransistorin Tl kanssa. Varaamiseksi on hidas-tuskondensaattori C6' liitetty varausvastuksen Rl' välityksellä toisaalta ei-lineaarisen vastuksen R61, R62, ze-nerdiodin D18 kautta tasasuuntaimeen G ja toisaalta vastuksen R64 kautta - kytketyn toisiotransistorin T3 yhtey-35 dessä - varauskondensaattoriin C. Hidastuskondensaattoris-

II

75454 13 sa C6' oleva zenerdiodin D17 rajoittama jännite on siten riippuvainen tasasuuntaajan puoliaaltojännitteen hetkellisestä arvosta ja varauskondensaattorin C jännitteestä. ze-nerdiodi D18 huolehtii siitä, että C6':n varaus pienenee 5 puoliaaltojännitteestä riippuvaisesti pienen hetkellisen arvon yhteydessä, siis vielä johtamattoman zenerdiodin D18 yhteydessä, varuskondensaattorin C jännitteen aikaansaamaan varaukseen verrattuna. Puoliaaltojännitteen suurempien hetkellisten arvojen ja siten johtavan zenerdiodin D18 10 yhteydessä on sitä vastoin puoliaaltojännitteen vaikutus 06':n varaukseen voimakkaampi.

Rinnan ensiötransistorin Tl kanssa oleva kokooja-kondensaattori C5 tuottaa käyttöjännitteen komparaattoria S varten ja ohjausvirran varauskytkintä T2' varten ja pur-15 kautuu tällä tavalla jaksoittaisesti. T2':n ohjausvirta virtaa tällöin transistorien T5 Ja T6 sekä diodin D21 kautta, jolloin transistori T7 on sulkutliassa. Sellainen ohjausimpulssi edellyttää, että C5:ssä olevalla jännitteellä on ainakin zenerdiodin D20 määräämä arvo, jotta 20 transistori T5 on ohjattuna. Edelleen täytyy transistorin T6 olla komparaattorin S ohjaama positiivisella potentiaalilla, miten on asianlaita, kun ohjaustulossa + oleva signaali on suurempi kuin sulkutulossa - oleva. Jos komparaattori on saattanut transistorin T6 miinussignaalin 25 avulla sulkutilaan, silloin jää pois R12:n sulkuesijännite transistoria T7 varten, jonka kautta sulkuimpulssi T2':ta varten silloin kulkee.

Varauskytkimen T2' tahdistetun ohjauksen selittämiseksi viitataan kuvioihin 4b ja 4d. Ensiötransistorin T2 30 sulkutilaan joutumisen yhteydessä ajankohtana tl on komparaattorin S ohjaustulossa + välittömästi zenerdiodin D19 määräämä, positiivinen vertailujännite. Sulkutulossa -

oleva jännite kohoaa sitä vastoin ensiksi hitaasti ennestään purkautuneen hidastuskondensaattorin C6' varautumisen 35 myötä puoliaaltojännitteen Uq ja varauskondensaattorin C

14 75454 määräämää arvoa kohti. Siten on ohjaustulossa + oleva signaali suurempi, niin että komparaattori S tuottaa ajankohdasta tl lähtien positiivisen ohjaussignaalin ja siten va-rauskytkin T2' on suljettuna. Puoliaaltojännitteestä Uq ja 5 varauskondensaattorin jännitteestä riippuvan ajan TL kuluttua on komparaattorin S sulkutulossa - oleva signaali kasvanut niin paljon, että komparaattori vaihtokytkeytyy ja tuottaa lähdössään negatiivisen sulkusignaalin, jonka vaikutuksesta varauskytkin T2' avautuu.

10 Tämä kytkentätila säilyy Tl:n seuraavaan sulkuti- laan joutumiseen saakka. Niin kauan kuin Tl on vielä sul-kutilassa, ovat komparaattorin S molemmat tulot Rl:n, R64:n ja vast. R8:n ja edelleen D10:n, R2:n ja R4:n välityksellä varauskondensaattorin C jännitteellä, jolloin ze-15 nerdiodit D17 ja D19 on mitoitettu siten, että sulkutulossa - oleva jännite on suurempi kuin ohjaustulossa oleva. Tällä tavalla on taattu myös T2':n irtikytkentä vaihtosuuntaajan jatkuvan irtikytkennän yhteydessä.

Ensiötransistorin Tl seuraavan ohjausajan aikana 20 varautuu hidastuskondensaattori C6' D8':n ja vastuksen R65 kautta, Jolloin aikavakio on niin suuri, että C6':ssa oleva signaali ei laske Tl:n koko ohjausajan aikana ohjaustulossa + olevan jännitteen alapuolelle. Viimeksi mainittu jännite on ensisijaisesti D19:n ja R8:n kautta tapahtuvan 25 C10:n purkauksen määräämä ja sen vuoksi negatiivinen.

CIO:n purkautumisen jälkeen on potentiaali ohjaustulossa + D8':n ja R65:n jännitteenlaskun verran sulkutulon - potentiaalin alapuolella, niin että komparaattori S pitää Tl:n uuteen sulkutilaan joutumiseen saakka varauskytkimen T2' 30 sulkutilassa.

Kuvion 5 mukaista kolmatta suoritusmuotoa käsitellään seuraavassa ainoastaan sikäli kuin se eroaa kuvion 2 mukaisesta suoritusmuodosta.

Pistekatkoviivan vasemmalla puolella oleva tason-35 säädin toimii kaksinapaisella transistorilla T2'', jonka

II

75454 15 ohjaamiseksi tarvitaan negatiivinen käyttöjännite. Tämä ja positiivinen kokoojakondensaattorin C5 käyttöjännite tuotetaan seuraavalla, häviöttömällä tavalla:

Rinnan vaihtosuuntaajan ensiötransistorin Tl kanssa 5 on kapasitiivinen jännitteenjakaja sekä kondensaattorit C7, C7’, jotka tl:n ollessa sulkutilassa varautuvat positiivisesti, jolloin suurin osa Tl:n korkeasta sulkujännit-teestä vaikuttaa C7:ään, jolla on huomattavasti pienempi kapasitanssi. Tl:n ohjauksen yhteydessä purkautuu sitten 10 C7 C7':een ja - jännitteensä vastaavan suuruudella - D27:n kautta varastointikondensaattoriin Cll, jonka jännite on zenerdiodin D26 rajoittama. Vaihtosuuntaajan alkuvärähte-lyn jälkeen varautuvat varastointikondensaattorti C5 ja Cll siten mainitulla napaisuudella positiiviselle tai 15 vast, negatiiviselle käyttöjännitteelle. C7':ssä syntyy sitä vastoin suorakulmajännite, joka on ylöspäin C5:n jännitteen rajoittama ja alaspäin Cll:n jännitteen rajoittama ja joka toimii komparaattorin S ohjaamiseksi. Tasonsäädin alkaa toimia vasta sitten, kun C5:n positiivinen käyttö-20 jännite on riittävän suuri ja siten T5 ohjataan zenerdiodin D20 ja RIO:n välityksellä.

Varastointikondensaattori C5 muodostaa diodin D5' ja jakajakondensaattorin C5' kanssa sarjakytkennän, joka on sovitettu rinnan varauskytkimen T2’ ' kanssa ja joka 25 toimii katkaisukuormituksena. Varauskytkimen T2' ' ollessa sulkutilassa varautuvat siten nämä molemmat kondensaattorit, jolloin jännitteen suurin osa on oleellisesti pienemmäksi mitoitetulla kondensaattorilla C5'. T2'':n seuraavan ohjauksen yhteydessä purkautuu C5' sitten värähdyskuristi-30 men L3 kautta kondensaattoriin Cll, joka tuottaa negatiivisen käyttöj ännitteen.

Hidastuskondensaattori C6' komparaattorin S miinus-tulossa on tällöin kytketty varausvastuksen Rl' välityksellä sarjaan kondensaattorin C4' kanssa ja näiden molem-35 pien kanssa rinnan vastuksen R62' välityksellä ainoastaan 75454 16 varauskondensaattorin C kanssa rinnan. C6':n jännite on siten riippuvainen sekä varauskondensaattorin C keskiarvosta - R62':n kautta - että myös hetkellisestä arvosta C4':n ja Rl':n kautta. C4':n kautta virtaava, varauskon-5 densaattorissa C vaikuttavasta aaltoisuudesta riippuvainen vaihtovirta voisi johtaa C6':ssa olevan jännitteen napaisuuden vaihtoon, jonka diodit D28, D29 estävät. Positiivisessa suunnassa on C6':n jännite diodin D17' rajoittama positiivisen käyttöjännitteen arvoon.

10 Varauskytkimen T2'' ohjaus hidastuskondensaattorin C6 jännitteestä riippuvaisesti on toiminnaltaan samanlainen kuin kuvion 2 mukaisen suoritusmuodon yhteydessä. Kuitenkaan ei komparaattoria S tahdisteta R8:n tai vast. R65:n ja D8':n välityksellä ensiötransistorin Tl suurella 15 suorakulmajännitteellä, vaan ainoastaan sen murto-osalla -ohjauskondensaattorin C7' väliotosta saatu.

Tuloksessa on T2':n ohjausaika ja siten varausku-ristimen L varausaika sitä pitempi, mitä alhaisempi on varauskondensaattorin C jännite. Tämä säätyy arvoon, joka on 20 säädettävissä jännitteenjakajan avulla komparaattorin S positiivisessa tulossa. RC-elimen Rl', C4' vastaavalla mitoituksella saadaan sellainen vaihesiirtymä, että varaus-kuristimen varausaika ja siten virranotto verkosta on pienimmillään juuri verkkovaihtojännitteen puoliaaltojen kes-25 kialueella, joten tuloksena on verkkovirran hyvä sinimuo-don läheneminen.

Vaihtosuuntaaja - pistekatkoviivan oikealla puolella - on tässä suoritusesimerkissä kuormitettu kahdella rinnan kytketyllä lampulla E, E' kumpikin vastaavine sar-30 jaresonanssipiireineen C2, L2 ja C2', L2'. Tällöin on tärkeä lampun virtapiirien symmetrinen syöttö, jolloin väräh-dyskondensaattori Cl on liitetty molempien lamppujen elektrodien liitoskohtaan. Pysäytystyristorin T4 pitovirtapii-ri ja käynnistyskondensaattorin C8 varauspiiri kulkee sitä 35 vastoin R4:n, R4':n kautta ja lamppujen välittömästi kesii 75454 17 kenään sarjaan kytkettyjen elektrodien kautta.

Irtikytkemiseksi jatkuvasti syttymästä kieltäytyvän lampun ollessa kyseessä käytetään hyväksi sarjaresonanssi-piirien kuristimissa L2, L2' olevia jännitteitä ja ne tuo-5 daan jännitteenjakajien ja erotusdiodien D22, D23 kautta TAI-portin tapaan RC-elimeen C9, R3. Nämä jännitteet ovat jatkuvasti syttymästä kieltäytyvän lampun yhteydessä - re-sonanssitapauksessa - niin suuret, että pysäytystyristori T4 syttyy liipaisudiodin D14 välityksellä, joka tyristori 10 pysyy sitten ohjattuna vioittuneen lampun vaihtamiseen saakka. Se saattaa siten kyllästysmuuntajan katkaisukäämin L33' oikosulkutilaan diodin D21 ja käynnistyskondensaatto-rin C8 välityksellä ja kytkee siten irti vaihtosuuntaajan. Koska diodit D22 ja D23 on liitetty TAI-portin tapaan RC-15 elimeen R3, C9, voi kumpikin molemmista rinnan kytketyistä lampuista - tai myös molemmat samanaikaisesti - aiheuttaa irtikytkentätilan.

Irtikytkentätila säilyy, kunnes toinen molemmista lampuista on vaihdettu ja siten T4 katkaisee pitovirtapii-20 rin. Uuden lampun sijoittamisen myötä voi sitten käynnis-tyskondensaattori C8 varautua R2:n, R4:n ja molempien lamppujen E, E' sarjaan kytkettyjen elektrodien kautta, niin että ensiksi vaihtosuuntaaja alkaa jälleen värähdellä. Kohta sen jälkeen ovat riittävän suuret käyttöjännit-25 teet käytettävissä C5:ssä ja Cll:ssä tasonsäädintä varten, niin että myös tämä alkaa automaattisesti jälleen toimia.

Vanhentunut lamppu käyttäytyy kuten tasasuuntaaja, vaikka napaisuus ei ole etukäteen määrätty. Vastavasti voi värähdyskondensaattorissa Cl esiintyä hyvin korkea posi-30 tiivinen tai negatiivinen jännite, pyöreästi 1 000 V, jonka vaikutuksesta olisi vaarantunut valvontakytkentä, erityisesti pysäytystyristori T4. Sen vuoksi toimii diodi D24 sarjassa T4:n kanssa suojaksi Cl:n negatiivisen ylijännitteen yhteydessä. Diodi D25 pitää sitä vastoin potentiaalin 35 postiivisen ylijännitten yhteydessä varauskondensaattorin 18 75454 C jännitteen arvossa.

Myös valvonnan ja irtikytkennän tässä kuvailtu muunnelma on edullisesti käyttökelpoinen kuvioiden 1 ja 2 mukaisten suoritusesimerkkien yhteydessä sekä vaihtosuun-5 taajan ja tasonsäätimen tässä selitetystä ohjauksesta erillään.

il

Claims (11)

75454 19

1. Vaihtosähkönmuuttaja, joka käsittää tasonsäätimen, jossa on varausdiodin (D), varausku- 5 ristimen (L) ja tasasuuntaajan (G) välityksellä vaihtojän-niteverkkoon kytketty varauskondensaattori (C), jolloin tasasuuntaaja syöttää tasoittamattoman puoliaaltojännitteen, varauskytkin (T2, T2'), jonka kautta varauskuristin (D) on kytkettävissä tasasuuntaajaan (G), ohjausosa, joka 10 syöttää varauskytkimen (T2, T2') ohjausta varten jaksollisen ohjausjännitteen, jonka toimintasuhde riippuu toimin-tasuureesta, vaihtosuuntaajan, jossa on kaksi vuorottaisesti ohjattua kytkintä, joita tästä eteenpäin kutsutaan ensiökyt-15 kimeksi (Tl) ja toisiokytkimeksi (T3) ja jotka ovat sarja-kytkennässä rinnan varauskondensaattorin (C) kanssa, jolloin varauskytkimen ja vaihtosuuntaajan kytkimien kytken-tätaajuus on suurempi kuin vaihtojänniteverkon taajuus, tunnettu siitä, että varauskytkimen (T2, 20 T2', T2'') ohjausosa on tahdistettu vaihtosuuntaajan toisen kytkimen (Tl, T3) suorakaidejännitteellä, ja että varauskytkimen (T2, T2' ) päällekytkentäajan (TL) toimintasuhde (V) jaksonkestoon (T) nähden määritetään hi-dastusvaraajan (C6, C6') varausajasta riippuvan ohjaussuu-25 reen avulla, hidastusvaraajan purkauspiirin ollessa muodostettu vaihtosuuntaajan yhden kytkimen (Tl; T3) kautta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vaihtosähkönmuut taja, tunnettu siitä, että hidastusvaraajan (C6) varauspiirissä ovat varausvastus (Rl), erotusdiodi (D7 ), 30 yksi vaihtosuuntaajan kytkimistä (Tl) sekä apujännitelähde, ja että viimeksi mainittu on muodostettu varastointi-kondensaattorista (C5) ja sen kanssa rinnan olevasta oh-jaustransistorista (T5), jonka ohjaus on riippuvainen oh-jaussuureesta (kuvio 1).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen vaihtosähkönmuut- 20 75454 taja, tunnettu siitä, että hidastusvaraaja on hi-dastuskondensaattori (C6), joka ohjaa liipaisudiodin (D9) välityksellä tyristori (T2), joka sarjakytkennässä vaihtosuuntaajan kytkimen (Tl) kanssa, joka sijaitsee hidastus-5 kondensaattorin (C6) varauspiirissä, muodostaa varauskyt-kimen ja että vaihtosuuntaajan toisiokytkin (T3) ja purka-usdiodi (D8) sijaitsevat hidastuskondensaattorin (C6) pur-kauspiirissä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vaihtosähkönmuut-10 taja, tunnettu siitä, että käytettäessä transistoreja vaihtosuuntaajan kytkiminä varauskytkimen ohjaus on riippuvainen vaihtosuuntaajan ensiötransistorissa (Tl) vallitsevasta sulkujännitteestä ja että hidastusvaraajan (C6') purkauspiiri (D8F, R65) on johdettu saman transisto- 15 rin (Tl) kautta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen vaihtosähkönmuut-taja, tunnettu siitä, että varauskytkimen (T2', T2'') ohjaus on riippuvainen kapasitiivisen jännitteenja-kajan (C7, C7') toisen kondensaattorin (C7') jännitteestä, 20 joka jännitteenjakaja on rinnan vaihtosuuntaajan ensiö-transistorin (Tl) kanssa.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen vaihtosäh-könmuuttaja, tunnettu varauskytkintä (T2', T2'') ohjaavasta komparaattorista (S), jonka toinen tulo on lii- 25 tetty kondensaattorilla muodostettuun hidastusvaraajaan (C6') ja toinen tulo jännitteenjakajaan, joka on kytketty rinnan vaihtosuuntaajan sen transistorin (Tl) kanssa, jonka kautta hidastusvaraajan (C6') purkauspiiri on viety.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen vaih-30 tosähkönmuuttaja, jolloin toimintasuhde sinimuotoisen verkkovirran aikaansaamiseksi on riippuvainen tasasuuntaajan puoliaaltojännitteestä johdetusta korjaussuureesta, tunnettu siitä, että hidastusvaraajan (C6, C6') varaus on riippuvainen virrasta, joka virtaa varauskonden-35 saattorin (C) kanssa rinnan kytketyn, vastuksen (Rl*) ja II 21 75454 kondensaattorin (C4*) sarjakytkennän kautta.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vaihtosähkönmuut-taja, tunnettu siitä, että rinnan sarjakytkennän kanssa on vastus (R62’; R71).

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen vaih- tosähkönmuuttaja, tunnettu siitä, että kokooja-kondensaattori (C5) tuottaa positiivisen käyttöjännitteen ohjausosaa varten, joka kondensaattori erotusdiodin (D5) ja jakajakondensaattorin (C7) kanssa muodostaa kapasitii-10 visen jännitteenjakajan, joka on rinnan vaihtosuuntaajan ensiökytkimen (Tl) kanssa.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen vaihtosähkön-muuttaja, tunnettu siitä, että toisaalla positiivisen käyttöjännitteen varastointikondensaattorin (C5) ja 15 erotusdiodin (D5') sarjaankytkentä ja toisaalla negatiivisen käyttöjännitteen varastointikondensaattorin (Cll) ja paluukuristimen (L3) sarjaankytkentä on kytketty jakaja-kondensaattorin (C5' ) kautta rinnan varauskytkimen (T2, T2', T2’’) kanssa.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen vaihtosähkön- muuttaja, tunnettu negatiivisen käyttöjännitteen varastointikondensaattorista (Cll), joka on erotusdiodin (D27) ja jakajakondensattorin (C7) välityksellä kytketty rinnan värähdinmuuttajan ensiötransistorin (Tl) kanssa, 25 jolloin erotusdiodi (D27) on navoitettu siten, että jaka-jakondensaattori (C7) voi purkautua ohjatun ensiötransistorin (Tl) yhteydessä varastointikondensaattorin (Cll). 22 Patentkrav: 7 5 4 5 4