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Schaltanordnung mit zwei gesteuerten Halbleitergleichrichtern Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordung, in der zwei gesteuerte Halbleitergleichrichter
verwendet werden, die entgegengesetzt gepolt zusammengeschaltet sind.
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Die in derartigen Schaltanordnungen verwendeten Schaltelemente besitzen
die Eigenart, daß der Stromfluß, nachdem er eingeleitet worden ist, so lange andauert,
als Anodenpotential vorhanden ist, so daß es lediglich notwendig ist, den Stromfluß
durch das zugehörige Schaltelement mit jeder Halbwelle der Speisespannung einzuleiten,
um einen Stromfuß in der Schaltung über die ganze Halbwelle zu bewirken. Dies ist
bisher bereits auf verschiedene Weise erreicht worden. Weiterhin ist es zur Erleichterung
der Steuerung häufig üblich, steuerbare Mittel zur Inganb setzung des Stromflußes
nur für das eine der entgegengesetzt zusammengeschalteten Schaltelemente vorzusehen
und das andere automatisch zu starten. Bei derartigen Anordnungen braucht lediglich
ein Schaltelement von außen gesteuert zu werden und das andere folgt nach. Bei Anordnungen
dieser Art ist es bekannt, die Stromflußregelung durch Stromtorröhren unter den
Handelsbezeichnungen Thyratron und Ignitron zu bewirken und zur Motorsteuerung,
Widerstandsschweißung, Plattierung, Heizung, Beleuchtungsregelung und für viele
andere industrielle Zwecke anzuwenden. Die für Stromtorröhren entwickelten Schaltungen
sind jedoch bei gesteuerten Halbleitergleichrichtern nicht anwendbar.
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Um in diesen Schaltanordnungen die vielen bekannten Vorteile der Festkörper-Schaltelemente
ausnutzen zu können, besteht demgemäß ein Bedürfnis nach Schaltungen, bei denen
die grundsätzliche Wirkungsweise der bekannten Schaltungen mit entgegengesetzt zusammengeschalteten
Stromtorröhren eintritt, die jedoch zur Benutzung von gesteuerten Halbleitergleichrichtern
geeignet sind.
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Der Zweck und die Aufgabe der Erfindung bestehen demgemäß in folgendem:
1. Eine Schaltanordnung zu schaffen zur Erregung und Aberregung zweier Leiter von
einer Wechselstromquelle in Abhängigkeit vom Öffnen und Schließen eines Schalters.
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2. Schaltungsanordnung der vorstehend erwähnten Art zu schaffen, die
die Vorteile bekannter Schaltungen mit entgegengesetzt verbundenen Röhren aufweist,
in der jedoch die Schaltorgane aus Festkörperelementen bestehen.
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3. Schaltungsanordnung der vorstehend erwähnten Art zu schaffen, in
der gesteuerte Halbleitergleichrichter an Stelle von entgegengesetzt verbundenen
Stromtorröhren benutzt sind. 4. Eine Schaltanordnung zu schaffen, die kompakt und
robust gebaut werden kann, keine Hitze entwickelt, geringe Wartung erfordert und
höhe Zuverlässigkeit besitzt, die ferner in gedruckter Schaltungstechnik ausgeführt
werden kann und die auch in anderer Beziehung die verschiedenen bekannten Vorteile
von Festkörper-Elementen, wie gesteuerten Halbleitergleichrichtern, auszunutzen
gestattet.
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5. Eine Schaltungsanordnung der vorstehend erwähnten Art zu schaffen,
in der zwei entgegengesetzt verbundene gesteuerte Halbleitergleichrichter an Stelle
von Röhren benutzt sind, wobei eine Steuerung von außen nur bei einem Gleichrichter
angewendet wird und der andere automatisch der Betriebsweise des ersten folgt.
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Bei einer Schaltanordnung mit zwei gesteuerten Halbleitergleichrichtern
wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Halbleitergleichrichter
entgegengesetzt parallel verbunden zwischen zwei Wechselstromspeiseleitungen geschaltet
sind und ein Steuerkreis vorgesehen ist, der eine Startspannung zur Herstellung
der Leitfähigkeit an der Steuerelektrode des einen Gleichrichters in geeigneter
zeitlicher übereinstimmung mit dem Auftreten einer positiven Spannung an der Anode
dieses Gleichrichters erzeugt, und daß ein zweiter Steuerkreis vorgesehen ist, der
zufolge des Sperrens dieses Gleichrichters wirksam wird und eine Startspannung
zur
Herstellung der Leitfähigkeit an der Steuerelektrode des anderen Gleichrichters
in geeigneter zeitlicher Übereinstimmung mit dem Auftreten einer positiven Spannung
an der Anode des anderen Gleichrichters erzeugt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand der Zeichnungen näher
erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 ein schematisches Schaltbild einer
Ausführungsform der Erfindung, F i g. 2 den Stromfluß durch die Primärwicklung eines
Transformators in Abhängigkeit lediglich vom leitenden Zustand des von außen gesteuerten
Gleichrichters.
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In F i g. 1 sind zwei Speiseleitungen 1 und 2 gezeigt,
die in üblicher Weise mit einer Wechselstromquelle verbunden sind. Die Leitung 1
ist über einen Verbindungspunkt mit einem Ende der Primärwicklung 3 eines Transformatormotors
4 verbunden. Das andere Ende der Primärwicklung ist über einen Verbindungspunkt
6 mit der Anode eines gesteuerten Halbleitergleichrichters 7 verbunden, dessen Kathode
mit einem Verbindungspunkt 8 und von hier mit der Leitung 2 verbunden ist. Die Steuerelektrode
des Gleichrichters 7 ist über einen Schalter 9 und einen verhältnismäßig hochohmigen
Widerstand 11 von beispielsweise 100 000 bis 500 000 Ohm und von hier über
einen Gleichrichter 12 zur Leitung 1 zurückgeführt. Der Gleichrichter
12 ist so gepolt, daß ein Stromfluß von der Leitung 1 zur Steuerelektrode des gesteuerten
Halbleitergleichrichters 7 zustande kommen kann. Dieser zuletzt erläuterte Kreis
einschließilch der Steuerelektrode des Gleichrichters 7 bildet den Hauptsteuerkreis
für das Zustandekommen des Stromflusses.
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Ein weiterer gesteuerter Halbleitergleichrichter 13 ist mit seiner
Anode an den Verbindungspunkt 8 und mit seiner Kathode über einen Verbindungspunkt
14 an den Punkt 6 angeschlossen.
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Der Transformator 4 besitzt eine Sekundärwicklung 16, die den Ausgangskreis
der dargestellten Schaltung bildet, und eine verhältnismäßig kleine zweite Sekundärwicklung
17. Die letztgenannte Sekundärwicklung ist mit einem Ende an den Verbindungspunkt
14 und mit dem anderen Ende an die positive Seite eines Gleichrichters 18 angeschlossen,
dessen negative Seite über einen üblichen Schutzwiderstand 19 mit der Steuerelektrode
des gesteuerten Halbleitergleichrichters 19 verbunden ist. Dieser Kreis mit Einschluß
der Steuerelektrode des Gleichrichters 13 bildet den Hilfssteuerkreis.
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Die Schaltung wird durch Schließen des Schalters 9 im Hauptsteuerkreis
eingeschaltet. Da dieser Schalter in vielen verschiedenen Ausführungsformen ausgeführt
werden kann, z. B. als manueller Schalter, als mechanischer Schalter, als elektrischer
Schalter oder durch eine vollständige elektronische Schaltung gebildet werden kann,
ist es möglich, durch das Schließen des Schalters verschiedene Arten von Steuerungsfunktionen
auszuführen oder das Schießen von solchen abhängig zu machen.
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Nach dem Schließen des Schalters 9 wird ein auf der Leitung 1 auftretender
positiver Impuls gleichzeitig der Anode und der Steuerelektrode des Gleichrichters
7 zugeleitet. Dadurch wird der Gleichrichter 7 leitend und es entsteht ein Impuls
in der Sekundärwicklung 16 und an den Ausgangsklemmen A und B
der Schaltung.
Bei Auftreten eines positiven Impulses auf der Leitung 2 verhindert der Widerstand
der Gleichrichter 7 und 12 in Sperrichtung von der Kathode zur Anode den Durchgang
dieses Impulses zu den diese Gleichrichter enthaltenden Stromkreisen. Infolgedessen
ist für einen derartigen ;Impuls nur der Weg über den Gleichrichter 13 offen.
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Bei Auftreten eines positiven Impulses auf der Leitung 1 "wird das
übliche elektrische Feld um die Primärwicklung 3 erzeugt. Beim Aufhören des positiven
Impulses bricht das Feld zusammen, und es wird ein kleiner, jedoch definierter Fluß
in entgegengesetzter Richtung induziert. Dieser Fluß ist in dem Diagramm in F i
g. 2 durch die Zacken 21 dargestellt. Dieser entgegengesetzt gerichtete Fluß durch
die Wicklung 3 induziert einen kurzzeitigen und kleinen, jedoch ausreichenden Fluß
in der Sekundärwicklung 17, der durch den Gleichrichter 18 hindurchgeht und eine
positive Spannung an der Steuerelektrode des gesteuerten Halbleitergleichrichters
13 erzeugt. Da diese Spannung in dem Hilfssteuerkreis unmittelbar nach Aufhören
des positiven Impulses auf der Leitung 1 entsteht, erscheint sie gleichzeitig mit
dem Beginn des Impulses auf der Leitung 2. Infolgedessen wird der Gleichrichter
13 mit dem Beginn des Impulses auf der Leitung 2 leitend gemacht, so daß dieser
Impuls über den Gleichrichter und die Primärwicklung 3 fließt. Dadurch erscheint
der umgekehrte Impuls richtig in der Ausgangswicklung 16 und an den Klemmen
A und B.
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Wenn der positive Impuls wiederum auf der Leitung 1 austritt, so wiederholt
sich der Zyklus, wenn der Schalter 9 noch geschlossen ist. Wenn der Schalter 9 inzwischen
geöffnet worden ist, so entsteht keine Steuerspannung an dem Gleichrichter 7, so
daß dieser nichtleitend wird. Wenn kein Stromfluß in der Primärwicklung 3 bei Auftreten
eines Impulses auf der Leitung 1 entsteht, so ergibt sich kein zusammenbrechendes
Feld und keine Ansprechspannung an der Steuerelektrode des Gleichrichters 13 und
damit auch kein Stromfluß durch den Gleichrichter 13 bei Auftreten eines Impulses
auf der Leitung 2.
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Das Schließen des Schalters 9 startet somit einen Stromfluß zu Beginn
des nächsten auf der Leitung 1 nach dem Schließen des Schalters 9 auftretenden positiven
Impulses, ohne Rücksicht darauf, wann in bezug auf diese Impulse der Schalter geschlossen
wird. Dies ist aus vorher erläuterten Gründen zur Erzielung genauer Einsatzzeiten
wünschenswert. In entsprechender Weise setzt der Stromfluß beim öffnen des Schalters
9 mit dem Ende des nächsten nach dem Öffnen des Schalters auf der Leitung 2 auftretenden
Impulses aus, ohne Rücksicht darauf, wann der Schalter in bezug auf die Impulse
geöffnet wird. Infolgedessen werden die abgegebenen Impulse an den Ausgangsklemmen
A und B unabhängig vom genauen Öffnen und Schließen des Schalters
9 immer mit dem Anfang eines Impulses auf der Leitung 1 einsetzen und mit dem Ende
eines Impulses auf der Leitung 2 endigen.
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Obwohl zur Erleichterung des Verständnisses eine bevorzugte Aufführungsform
der Erfindung in ihren Einzelheiten dargestellt und erläutert wurde, so ist es klar,
daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Änderungen gegenüber dem
dargestellten Beispiel vorgenommen werden können.