DE1061374B - Transduktor in Selbstsaettigungsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transduktor in Selbstsättigungsschaltung, bei dem im Falle einer Vollwellenausnutzung des Wechselstromes also mindestens zwei Drosselwicklüngen in Reihe mit je einem elektrischen Ventil AOrhanden sind bei solcher Polung der Ventile, daß jede einzelne der Drosselwicklungen in Reihe mit ihrem Ventil nur von den Halbwellen einer Polarität durchflossen ist, während die jeweilige andere Drosselwicklung von den Halbwellen der anderen Polarität durchflossen ist. Bei solchen Anordnungen muß mit der Erscheinung gerechnet werden, daß beim Einschalten der Transduktoranordnung sich von einem vorausgegangenen Betrieb der Anordnung der eine Drosselkern der z. B. aus zwei Drosseln bestehenden Transduktoranordnung im Zustand der negativen Remanenz befindet. In diesem Falle können aber beim Einschalten des Transduktors an den Ventilen oder an den an diese Ventile zur Steuerung des Transduktors angeschlossenen zusätzlichen Elementen unzulässig hohe spannungs- strorn- oder leistungsmäßige elektrische Beanspruchungen auftreten.

Um solche nachteiligen Erscheinungen zu vermeiden, ist bei einem Transduktor in Selbstsättigungsschaltung, bei dem in Reihe mit den einzelnen Arbeitswicklungen' je ein Ventil geschaltet ist, erfindungsgemäß vom Wechselstromnetz zugleich mit den Arbeitswicklungen des Transduktors eine Wicklungsanordnung zur " positiven Vormagnetisierung der Drosselkerne gespeist und sind dem Stromkreis dieser Wicklungsanordnung solche Zeitverzögerungsmittel zugeordnet, daß der Vormagnetisierüngsström nachdem Abschalten oder dem Ausbleiben' der Netzspeisung mindestens noch während einer halben Periode des Wechselstromes fließt.

Als Zeitverzögerungsmittel können dabei an sich mechanische, relaisartige Mittel, jedoch vorzugsweise elektrische Schaltungselemente, benutzt' werden. Iii diesem Sinne können als zeitverzögernde Mittel Induktivitäten oder Kondensatoren benutzt werden.

Gemäß der Erfindung in dieser Weise aufgebaute Schaltungsanofdnungen mit Transduktoren können dann vorzugsweise für solche Transduktoren benutzt werden, deren Steuerung mittels einer als Schalter benutzbaren Halbleiteranordnung mit p-n-Übergang erfolgt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele, wobei sich noch weitere vorteilhafte Einzelmerlanale der Erfindung ergeben werden, wird nunmehr auf die Ausführungsbeispiele nach der Zeichnung Bezug genommen.
' In Fig. 1 ist eine Transduktoranordnung in Gleichrichtefbrückenschaltung dargestellt, die an ihren Klemmen 1 und 2 vom Wechselstfö'mnetz " gespeist Transduktor in Selbstsättigungsschaltung

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Otto Werner, Berlin-Siemensstadt,
ist'als Erfinder genannt worden

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wird. Die. Drosselwicklungen des Transduktor^ - sind mit 3 jmd 4 bezeichnet, die mit diesen Drosselwicklungen in Reihe, liegenden Ventile mit 5 und 6. Die in den anderen beiden Zweigen, der .Gleichrichterbrücke liegenden Ventile sind mit 7 und .8 .bezeichnet. Die Ausgangsklemmen.der Gleichrichterbriicke sind..mit 9 und 10 bezeichnet. Zur Steuerung des Transduktors dient ein.e Halbleiteranordnung in Form eines Transi.stors, der mit 11 bezeichnet ist. Dieser Transistor 11, der im .'Falle des Ausführungsbeispiels als ein solcher der p-n-p-T.ype angenommen ist, ist mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke an die Reihenschaltung, der beiden Ventile 5 und 6 angeschlossen, welche dem Wechselstromanschluß 1 benachbart liegen. An der Emitter-Basis-Strecke des Transistors liegt eine geeignete Steuergleichspannungsquelle. DieArbeitsweise einer solchen bisher beschriebenen..Schaltungsanordr nung nach Fig. 1 ist die folgende, wenn angenommen wird, daß der Transistor 11 als Schalttransistor von einer taktmäßig an die Klemmen 12 . und .13 angeschlossenen Gleichstromquelle gesteuert wird: Bei gesperrtem Transistor 11 werden die Drosseln mit ihren

^ Wicklungen 3 bzw. 4 während der Arbeitshalbwelle in den Zustand der positiven Sättigung-übergeführt Unter der Voraussetzung, daß es sich um ein. Eisenkernmaterial mit rechteckfÖrmiger Magnetisierungsschleife, handelt, bei dem. die S ättigungs induktion an-"nähernd mit der Remanenzinduktion übereinstimmt,

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würde auf diese Weise nach dem Aufhören der Arbeitshalbwelle der Kern gesättigt bleiben, da während der folgenden Halbwelle das in Reihe mit der Arbeitswicklung liegende Ventil einen Strom über die Arbeitswicklung sperrt. Bei der anschließend an die negative Halbwelle folgenden Arbeitshalbwelle ist somit der Drosselkern gesättigt, und an den Klemmen 9,10 entsteht eine Spannung, die bis auf den kleinen Durchlaßabfall der Ventile mit der zugehörigen Wechselspannung in ihrer Höhe übereinstimmt. Bei geöffnetem, d. h. an seiner Emitter-Kollektor-Strecke durchlässigem Transistorll ist quasi das Ventil, das in Reihe mit der Arbeitswicklung während der der Arbeitshalbwelle folgenden negativen Halbwelle in Sperrrichtung beansprucht ist, durch diese Transistorstrecke überbrückt, so daß während dieser negativen Halbwelle die den Klemmen 1 und 2 zugeführte Wechselspannung praktisch in voller Höhe an der Drossel wicklung liegt. Es werde hierfür z. B. angenommen, daß die Anschlußklemme 1 positiv ist gegenüber der Anschlußklemme 2. Dann befindet sich die Drossel 3 in der Arbeitshalbwelle, wobei das Ventil 5 in Durchlaßrichtung beansprucht ist. Bei an seiner Emitter-Kollektor-Strecke geöffnetem Transistor 11 fließt dann außerdem ein Strom über das Ventil 5, den Transistor 11, die Drosselwicklung 4 und das Ventil 8 zurück zum Anschluß 2 der Wechselspannung. Die Drossel mit der Wicklung 4 wird während dieser Zeit praktisch mit der vollen Wechselspannung, die an 1, 2 anliegt, rückmagnetisiert. In der nun folgenden Arbeitshalbwelle nimmt die Drossel 4 dann die volle Wechselspannung auf, so daß an den Anschlüssen 9 und 10 die Ausgangsspannung einen Kleinstwert erreicht. Aussteuerungswerte zwischen den beiden erwähnten Werten der vollen Aussteuerung des Transduktors entsprechend der höchsten Gleichspannung an den Klemmen 9, 10 und an der geringsten Aussteuerung entsprechend der niedrigsten Ausgangsspannung an den Anschlußklemmen 9, 10 werden durch eine entsprechende Wahl des Tastverhältnisses der an den Klemmen 12 und 13 speisenden Gleichstromquelle erreicht.

Erfolgt die Abschaltung der Wechselspannung an den Klemmen 1, 2 oder deren Ausfall zu einem Zeitpunkt, zu dem eine der Drosseln sich etwa im Zustand der vollen Rückmagnetisierung befindet, so geht diese Drossel nach dem Wegfall der Wechselspannung in einen negativen Remanenzzustand über. Erfolgt nun das Wiedereinschalten der Wechselspannung zu einem Zeitpunkt, in welchem die Drossel, deren Kern im negativen Remanenzzustandl ist, durch die auftretende negative Halbwelle des Wechselstromes in Richtung ihrer Abmagnetisierung gespeist wird, so würde bei an seiner Emitter-Kollektor-Strecke durchlässigen Transistor 11 der Eisenkern dieser Drossel weiter in Richtung seiner negativen magnetischen Sättigung abmagnetisiert werden. Sobald diese negative Sättigung erreicht ist, liegt dann die an den Klemmen 1, 2 zugeführte Wechselspannung praktisch in ihrer vollen Höhe an dem durchlässigen Transistor 11. Dieser wird daher entsprechend dem ihm zugeführten Steuerstrom über seine Emitter-Basis-Strecke einen seiner Stromverstärkung entsprechend großen Kollektorstrom führen und außerdem zwischen seiner Emitter-Kollektor-Strecke eine Spannung aufnehmen, die, wie bereits erwähnt, praktisch gleich der an den Klemmen 1, 2 anliegenden Wechselspannung ist. Da ein Schalttransistor in der Regel aber nur bemessen wird für einen großen Strom bei kleiner Emitter-Kollektor-Spannung oder für eine große Emitter-Kollektor-Spannung bei gleichzeitig nur kleinem Strom über die Emitter-Kollektor-Strecke, so entstehen in dem Transistor in dem geschilderten Fall derart große Verluste, daß mit seiner Zerstörung zu rechnen ist.

Um einer solchen Mangelerscheinung in einer solchen Anordnung vorzubeugen, sind in dieser Schaltung weitere zusätzliche Schaltungselemente vorgesehen. Diese bestehen aus den beiden Voarmagnetisierungswicklungen 14 und 15, welche über eine Drossel 16 und einen Reihenwiderstand 17 von einer an den Klemmen 18 und 19 liegenden Gleichspannung gespeist werden. Als Gleichspannungsquelle ist unmittelbar eine Gleichrichterbrücke 20 benutzt, welche von dem gleichen Wechselstromnetz gespeist wird, welches auch zur Speisung der Transduktoranordnung an den Klemmen 1 und 2 dient. Diese zusätzliche Anordnung hat die Wirkung, daß dauernd während des Betriebes des Transduktors, während also die Wechseiao spannungsquelle eingeschaltet ist, eine Vormagnetisierung der Eisenkerne mit den beiden Drosselwicklungen 3 bzw. 4 durch die Gleichstromerregung erfolgt, welche die Vormagnetisierung 14 und 15 liefern. Es wird außerdem in der Drossel 16 eine dem Strom ent-

^a5 sprechende elektromagnetische Energie gespeichert. Beim Ausfall der an den Klemmen 1, 2 liegenden Wechselspannung wird infolgedessen der Strom über die Wicklungen 14 und 15 noch eine Zeitlang durch die von der Drossel 16 gelieferte Spannung aufrechterhalten. Durch diesen noch nach der Abschaltung der Wechselspannung über die Drosselwicklungen 14, 15 fließenden Strom werden beide Drosselkerne unabhängig von ihrem vorherigen Magnetisierungszustand in einen Zustand der positiven Remanenz übergeführt.

Beim Wiederanlegen der Wechselspannung an den Klemmenl und 2 ist dann jede der Drosseln in der Lage, die volle zugeführte Wechselspannung zu übernehmen, ohne daß hierbei für den Transistor 11 schädliche Beanspruchungen auftreten können.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht, wobei in diesem Falle ein Transduktor in einer dreiphasigen Brückenschaltung benutzt ist. Die Transduktoranordnung wird vom Wechselstrom-

■ netz über einen Transformator 21 gespeist, dessen Sekundärwicklungen mit 21 & bezeichnet sind. Von diesen Sekundärwicklungen werden die in den sechs Brückenzweigen der Brückenschaltung liegenden Arbeits wicklungen 22, 23, 24, 25, 26 und 27 der Drosseln gespeist, von denen jede in Reihe mit je einem der Ventile 28 bis 33 liegt. Der Ausgang der Gleichrichterbrückenschaltung, an dem die Gleichstromleistung geliefert wird, ist durch die Klemmen 34 und 35 bezeichnet. Dieser Gleichrichterbrückenschaltung ist eine weitere dreiphasige Gleichrichterbrückenschaltung zugeordnet, welche zur Rückmagnetisierung der Drosselkerne dient. Diese dreiphasige Brückenschaltung besteht in ihren Brückenzweigen aus den Wicklungen 36 bis 41, von denen jede in Reihe mit je einem der Ventile 42 bis 47 liegt. Die Einspeisung dieser Brücke erfolgt von den Anzapfungen 48 bis 50 der Transformatorwicklung 21 b über die Leitungen 51 bis 53. Am Ausgang dieser Gleichrichterbrücke, welcher durch die Klemmen 54 und 55 bezeichnet ist, ist mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke der als vom p-n-p-Typ angenommene Transistor 56 angeschlossen. Dieser ist an seiner Emitter-Basis-Strecke mittels einer Gleichstromquelle in einem bestimmten Tastverhältnis gesteuert. Auf den einzelnen Drosselkernen sind weiterhin noch die Vormagnetisierungswicklungen 57 bis 62 vorgesehen, deren Speisung über eine

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1 Oöl 5 /4 Gleichrichterbrücke 63 sowie den Kondensator 64 und den Reihenwiderstand 65 von zwei Sekundärwicklungen des Transformators 21 über die Leitungen 51 ■und- 66 bzw. 52 und 67 erfolgt. Eine solche Schaltungsanordnung wirkt an sich grundsätzlich gleichartig wie eine solche, wie sie in Fig. 2 erläutert worden ist. Der Unterschied dieser Schaltungsanordnung nach Fig. 2 gegenüber derjenigen nach Fig. 1 besteht darin, daß eine dreiphasige Brückenanordnung vorliegt und daß als Energiespeicher für die Speisung der zusätzlichen Vormagnetisierungswicklungen nach Abschaltung bzw. Wegfall der Wechselspannungsquelle ein Kondensator 64 an Stelle des in Fig. 1 in Form der Drossel 16 benutzen elektrischen Energiespeichers vorgesehen ist. Die AVicklungen 36 bis 41 sind mit den zugehörigen Ventilen 42 bis 47 derart gepolt an die Wechselspannung angeschlossen, daß über diese Wicklungen die Rückmagnetisierung der Drosselkerne erfolgen kann. Die Steuerung dieser Rückmagnetisierung erfolgt mittels des Transistors 56, der in dem Zustand seiner Sättigung bzw. Durchlässigkeit an seiner Emitter-Kollektor-Strecke den Pluspol 54 des positiven Gleichstromausganges dieser Hilfsbrückenschaltung mit der negativen Klemme 55 verbindet. Wenn der Transistor 56 gesperrt ist, kann eine Rückmagnetisierung der Drosselkerne nicht stattfinden. Die Drosseln sind dann mittels der positiven Vormagnetisierung über die Wicklungen 57 bis 62 in den Zustand der positiven Sättigung gebracht, so daß an den Ausgangsklemmen 34, 35 die volle Ausgangsspannung erreicht wird. Bleibt die Wechselspannung am Transformator 21 infolge Abschaltung oder infolge einer Störung am speisenden Netz aus, so fließt der Vormagnetisierungsstrom über die Wicklungen 57 bis 62 noch eine gewisse Zeit weiter, indem der Kondensator 64 mit seiner Speicherenergie diesen Strom über diesen Zeitraum aufrechterhält. Die Drosseln werden durch diesen Strom in den Zustand einer positiven Remanenz gebracht, so daß nach dem Wiederanlegen der Wechselspannung unzulässig hohe Beanspruchungen am Transistor 56 nicht auftreten können. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Anordnung derart getroffen, daß die gleichen Sekundärwicklungen des Transformators 21 unmittelbar in galvanischer Verbindung die Spannung für die Speisung der beiden dreiphasigen Brückenschaltungen liefern. Die Anordnung kann jedoch auch derart getroffen werden, daß für die Speisung jeder der dreiphasigen Brückenschaltungen je eine gegen die Primärwicklung und gegeneinander isolierte Sekundärwicklung an dem Transformator 21 benutzt wird. Auf diese Weise wird eine galvanische Trennung zwischen dem Ausgang der die Gleichstromleistung liefernden Gleichrichterbrückenschaltung und der mit der Emit- ter-Kollektor-S trecke des Transistors galvanisch verbundenen Brückenschaltung erreicht. Patentansprüche:

1. Transduktor in Selbstsättigungsschaltung, bei dem in Reihe mit den einzelnen Arbeitswicklungen je ein Ventil geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß vom Wechselstromnetz zugleich mit den Arbeitswicklungen des Transduktors eine Wicklungsanordnung zur positiven Vormagnetisierung der Drosselkerne gespeist ist und dem Stromkreis dieser Wicklungsanordnung solche Zeitverzögerungsmittel zugeordnet sind, daß der Vormagnetisierungsstrom nach dem Abschalten oder dem Ausbleiben der Ne.tzspeisung mindestens noch während einer halben Periode des Wechselstromes fließt.

2. Transduktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitverzögerungsmittel elektrische Schaltungselemente dienen.

3. Transduktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zeitverzögernde Mittel Induktivitäten dienen.

4. Transduktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zeitverzögernde Mittel Kondensatoren dienen.

5. Transduktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Transduktor mittels einer als Schalter steuerbaren Halbleiteranordnung mit p-n-übergang gesteuert wird.

6. Transduktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Halbleiteranordnung mit ihrer steuerbaren Strecke der Reihenschaltung der beiden einem Wechselstromanschluß benachbart liegenden Ventile parallel geschaltet ist, welche zur Selbstsättigung der Transduktordrosseln bzw. je eines der Transduktordrosselpaare dienen.

7. Transduktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden in Gleichrichterbrückenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß jede Transduktordrossel je eine weitere Wicklung besitzt, die zusammen mit weiteren zusätzlichen Ventilen eine der Schaltung der Arbeitswicklungen und deren zugehörigen Ventilen gleichartige Brückenschaltung bilden, an deren Gleichstromausgang der als Schalter steuerbare Halbleiter mit p-n-Übergang angeschlossen ist.

8. Transduktor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbare Halbleiteranordnung ein Schalttransistor benutzt ist.

9. Transduktor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltungen dreiphasig ausgeführt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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