-
Elektrischer Leistungsimpulsschalter
-
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungsimpulsschalter
für den einen Lastwiderstand durchfließenden, einer Gleichstromquelle, insbesondere
einer Kondensatorbatterie, entnommenen Laststrom, mit einem ersten und einem zweiten
Thyristor und mit einem Kondensator.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem derart'gen elektrischen
Leistungsimpulsschalter eine Anordnung zu treffen, welche mit mDglichst geringem
Aufwand an Bauelementen auskommt und eine in weiten Grenzen veranderbare Schaltfolge
ermoglicht.
-
Zur Tung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß einer
der beiden Thyristoren einen Ladestromimpuls aus der Gleichstromquelle über einen
induktiven Widerstand auf den Kondensator schaltet und daß nach dem Ladestromimpuls
der andere Thyristor über einen induktiven Widerstand den Entladestrom des Kondensators
schaltet.
-
Zweckmäßig kann die Kapazität des Kondensators so auf die Gesamtinduktivität
des Lastkreises und die Impulsfolgefrequenz abgestimmt sein, daß der Stromfluß der
Aufladung oder Entladung des-Kondensators zu Ende ist und dadurch die Freiwerdezeit
des Thyristors gesichert ist, bevor der jeweils nächste Thyristor in stromleitenden
Zustand gebracht wird.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die vorteilhaft für einen elektromagnetischen
Ultraschallerzeuger verwendet werden kann, ist nur ein einziger induktiver Widerstand
vorgesehen, welcher mit den Kondensator und einem der beiden Thyristoren in Reihe
liegt, während der zweite Thyristor parallel zu der Reihenschaltung aus diesem induktiven
Lastwiderstand und dem Kondensator angeordnet ist.
-
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend
beschriebenen und in der Zeichnung in ihrem elektrischen Schaltbild wiedergegebenen
Ausführungsbei spielen in Verbindung mit den Unteransprüchen.
-
In den Schaltbildern nach den Fig. 1 bis 4 sind übereinstimmende oder
wenigstens gleichwirkende Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen vorsehen.
-
Bei dem elektrischen Ieistungsimpulsschalter nach Fig. 1 ist ein erster
Thyristor 1 vorgesehen, der in Reihe mit einem induktiven Lastwiderstand 4 geschaltet
ist. Dieser liegt an der Plusklemme 11 einer Gleichstromquelle 12, welche zweckmäßig
als eine an sich bekannte Kondensator-Batterie ausgebildet sein kann, die durch
einen Netzgleichrichter in üblicher Weise gespeist wird.
-
Hinter dieser Reihenschaltung führt zum Minuspol 13 der Gleichstromquelle
die Parallelschaltung aus einem Stoß-oder Impulskondensator 3, der im folgenden
lediglich Kondensator genannt wird, und aus einer Reihenschaltung eines zweiten
induktiven Widerstandes 5 sowie eines zweiten Thyristors 2. Der induktive Widerstand
5 kann vorteilhaft
durch eine zweite Wicklung eines elektromagnetischen
Energiewandlers gebildet sein.
-
Jeder der beiden Thyristoren 1 und 2 kann unabhängig vom anderen durch
einen an sich bekannten Steuerimpulsgeber stromleitend gemacht werden und bleibt
dann stange stromleitend, bis die zwischen seiner Anode und seiner Kathode anliegende
Spannung auf einen sehr niedrig liegenden positiven Restwert abgesunken ist.
-
Vorteilhaft kann als Steueimpulsgeber eine astabile Kippstufe verwendet,
werden deren Kippfrequenz in weiten Grenzen willkürlich einstellbar ist.
-
Sobald der Thyristor 1 durch einen der Steuerimpulse des nicht dargestellten
Steuerimpulsgebers gezündet und dabei in stro::iIeitenden Zustand gebracht wird,
flieBt ein Strom aus der Gleichstromquelle 12 über den induktiven Lastwiderstand
4 zum Kondensator 3. Dabei wird der Kondensator aufgeladen. Dieser Ladestrom fließt
zunächst mindestens so lange, bis die Spannung am Kondensator 3 diejenige der Stromquelle
12 erreicht. Vom Ladestrom wird hierbei ein mit dem induktiven Lastwiderstand 4
verknüpftes Magnetfeld erzeugt, welches zur Folge hat, daß nach dem Lenz'schen Gesetz
oder der gnannte Ladestrom über den Zeitpunkt der Spannungsgleichheit am Kondensator
3 und an der Gleichstromquelle 12 hinaus noch eine Zeitlang weiterfließt, bis die
Energie des elektromagnetischen Feldes abgeklungen ist. Dabei wird der Kondensator
3 auf eine Spannung autgeladen, die wesentlich hoher sein kann als die Spannung
der Gleichstromquelle 12, Sobald dieser zusätzliche Stromfluß aus dem zusammenbrechenden
Magnetfeld des induktiven Widerstandes 4 abklingt, geht der bisher stromleitende
Thyristor 1
in seinen Sperrzustand über, ohne daß es hierzu eines
besonderen Zutuns bedarf. Er verhindert dann anschließend, daß die Ladung aus dem
höher gespannten Kondensor zurückfließen kann.
-
Unmittelbar an diesen automatischen Löschvorgang des Thyristors 1
schließt sich eine stromlose, elektrisch ruhige Zeitspanne an. Diese Zeitspanne
muß mindestens solange dauern, wie die sogenannte "Fretwerdezeit't des Thyristors
1.
-
Nach dieser stromlosen Zeitspanne, die praktisch beliebig ausgedehnt
sein kann, wird der Thyristor 2 gezündet, sobald der nicht dargestellte Steuerimpuls-Generator
den nächsten Steuerimpuls - beispielsweise bei der Rückkehr einer zum Generator
gehörenden astabilen Kippstufe in ihre Ausgangslage - liefert. Dann wird der Kondensator
3 entladen, wobei der Dntladestrom über den induktiven Lastwiderstand 5 fließt.
-
Wegen des Benz'schein Gesetzes hält dieser Strom länger an, als Xder
reinen Entladezeit des Kondensators 7 entsprechen würde. Der Kondensator 3 wird
deshalb nicht nur entladen, sondern umgeladen. Nach diesem Umladevorgang erlischt
der bisher leitende Thyristor 2 und kehrt dabei in seinen Sperrzustand ohne besonderes
Hinzutun zurück. In diesem Sperrzustand verhindert er, daß Ladung aus dem Jetzt
umgew kehrt geladenen Kondensator 3 zurückfließen kann. Wie oben beschrieben, schließt
sich an den automatischen Loschvorgang des Thyristors 2 eine stromlose Zeitspanne
an, die mindestens stange dauert, wie der Freiwerdezeit des Thyristors entspricht.
-
Sobald beim nächsten Steuer impuls der Thyristor 1 erneut in den stromleitenden
Zustand gebracht wird, wiederholt sich das vorher beschriebene Qiel fortlaufend,
so daß die Thyristoren abwechslungsweise stromleitend werden, solange die Anlage
eingeschaltet ist.
-
Während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in den Lastwiderständen
4 urd 5 der Strom jeweils in der gleichen Richtung fließt und demzufolge als Gleichstromimpuls
im Lastwiderstand erscheint, ist bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und
4 die Anordnung so getroffen, daß nur ein etziger Lastwiderstand vorgesehen ist
und daß dieser einzige Lastwidarstand in der einen Richtung vom Ladestrom und in
der anderen Richtung vom Entladestrom des Kondensators 7 durchflossen wird. Hierzu
ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der eine starke induktive Komponente enthaltende
Lastwiderstand 6 zusammen mit dem Ladethyristor 1 und dem Kondensator 3 in Reihe
geschaltet,und diese Reihenschaltung ist an die Ausgangsklemmen 11 und 13 der Gleichspannungsquelle
12 gelegt, wobei die Anode des Thyristors 1 mit der Plusklemme 11 verbunden ist.
Im Gegensatz zu der AnorunaRg nach Fig. 1 ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig.
2 die Anode des zweiten Thyristors mit der Kathode des ersten Thyristors 1 verbunden,
wobei die Kathode des Thyristors 2 mit der Minus klemme 13 verbunden ist Der Entladethyristor
2 bildet daher einen zur Serienschaltung aus dem Lastwiderstand 6 und dem Kondensator
3 gebildeten Reihenschaltung parallelen Entladestromkreis. Die beiden Thyristoren
1 und 2 werden in der oben beschriebenen Weise abwechselnd in ihren stromleitenden
Zustand gesteuert, wobei der jeweils andere der beiden Thyristoren gesperrt ist.
-
Dabei wird der Lastwiderstand 6 von dem zum Kondensator 3 fließenden
Ladestrom in der einen Richtung, von dem über den Thyristor 2 fließenden Entladestrom
des Kondensators 3 hingegen in der entgegengesetzten Richtung durchflossen.
-
Beim Ausführurgsbeispiel nach Fig. 4 wird die gleiche Wirkungsweise
hinsichtlich des dort bei 8 angedeuteten induktiven Lastwiderstandes erzeqt wie
beim Lastwiderstand 6
nach Fig. 2. Auch hier durchfließt der Ladestrom
des Kondensators 3 den Lastwiderstand 8 bei strorileitendem Thyristor 1 in der einen
Richtung und der bei stromleitendem Entlade thyristor 2 fließende Entladestrom des
Kondensators 3 den Lastwiderstand 8 in entgegengesetzter Richtung, wobei jeweils
eine Spannungsüberhöhung am Kondensator 3 infolge der Induktivität des Last widerstandes
8 bzw. 6 auftritt.
-
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der L$widerstand überwiegend
oder ausschließlich als Ohmscher Widerstand 7 ausgebildet. Zur sicheren Umladung
des Kondensators 3 und demzufolge zum sicheren Löschen der beiden Thyristoren 1
und 2 ist in den Ladezweig eine Induktivität 9 in Reihe mit dem Ladethyristor 1
und in dem Entladezweig eine Induktivität 10 in Reihe mit dem Entladethyristor 2
eingebaut.
-
Auch bei dieser Anordnung ist die Kapaxtät des Kondensators 3 so auf
die Gesamtinduktivität des Ladestromkreises und des Entladestromkreises abgestimmt
und die Steuerimpulsfolgefrequenz so wählbar, daß der Stromfluß bei der Aufladung
oder bei der Entladung des Kondensators 3 zu Ende ist und dadurch die Freiwerdezeit
des jeweiligen Thyristors sichergestellt ist, bevor der jeweils nachfolgende Thyristor
gezündet wird.
-
Die Induktivitäten 9 und 10 können auch zusätzlich in Schaltungsanordnungen
mit induktivem Lastwiderstand nach den Fig. 2 und 4 eingebaut werden. Sie wirken
sodann ebenso wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 als Schutzdrosseln im Falle
eines Kurzschlusses, der bei unbeabsichtigter gleichzeitiger Zündung beider Thyristoren
1 und 2 entstehen würde.
-
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Teistungsimpulsschalters
ist vor allem darin zu sehen, daß er einen sehr einfachen Aufbau aufweist und sehr
betriebssicher arbeitet, ohne daß irgendwelche TelB des Schalters überbeansprucht
werden. Die Vereinfachung liegt vor allem darin, daß weder zusätzlic he Lbschthyristoren
noch Löschkondensatoren oder Freilaufdioden oder sonstige Schutzschaltungen erforderlich
sind.
-
wie Wenn in den Anordnungen nach Fig. 2 und 4 einer der beiden Thyristoren
kathodenseitig mit der induktiven Last 6, 8 und der andere Thyristor anodenseitig
mit dieser Last verbunden ist, und außerdem die induktive Komponente der Last sehr
groß ist, kann sich bei Beginn des Laststromes eine so hohe Anstiegsgeschwindigkeit
der Spannung an der Last ergeben, daß der andere Thyristor, der zunächst gesperrt
bleiben sollte, ohne Zündsignal durchgezündet wrd leitend wird. Dadurch tritt unter
Umgehung der induktiven Last und des Stoßkondensators 3 ein Kurzschluß ein, der
zu beträchlichem Schaden führen kann.
-
Zur Vermeidung einer so gefährlich hohen Spannungsanstiegsgeschwindigkeit
kann man ähmllich dem Schaltbild nach Fig. 3 in den Schaltungen nach Fig. 2 und
4, in welchen die Kathode des einen Thyristors mit der Anode des anderen Thyristors
verbunden ist, eine Drossel mit kleiner Induktivität - vorzugsweise in die Anodenzuleitung
eines dieser Thyristoren einschalten.
-
In den Fig. 2 und 4 sind solche Drosseln, von denen jedoch jeweils
nur eine erforderlich ist, mit unterbrochenen Linien angedeutet.
-
Ansprüche
Leerseite