DE2551603A1

DE2551603A1 - Pulsed switch with capacitor charged by first thyristor - has capacitor discharged through load winding by second thyristor

Info

Publication number: DE2551603A1
Application number: DE19752551603
Authority: DE
Inventors: Gotthilf Schulin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-18
Filing date: 1975-11-18
Publication date: 1977-06-02

Abstract

The pulsed switch consists of a first thyristor (1) in series with an inductive load (4) and a pulse capacitor (3) across the dc supply (12). The capacitor is shunted by a second thyristor (2) inseries with a second inductive load (5) such as a transformer winding. The first thyristor switches a charging pulse through from the dc supply ove the first inductive load to the capacitor. After this pulse has charged the cap capacitor, the second thyristor turns on and discharges the capacitor over the second inductor. Other configurations are given.

Description

Elektrischer Leistungsimpulsschalter Electrical power pulse switch

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.The invention relates to an electrical power pulse switch for the direct current source flowing through a load resistor, in particular a capacitor bank, drawn load current, with a first and a second Thyristor and with a capacitor.

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.The invention is based on the object of such an electrical Power pulse switch to make an arrangement that is as low as possible Expenditure on components and a switching sequence that can be varied within wide limits made possible.

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.To accomplish this task it is provided according to the invention that one of the two thyristors a charging current pulse from the direct current source via one inductive resistance switches to the capacitor and that after the charging current pulse the other thyristor controls the discharge current of the capacitor via an inductive resistor switches.

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.The capacitance of the capacitor can expediently affect the total inductance in this way of the load circuit and the pulse repetition frequency be matched that the current flow of the Charging or discharging of the capacitor has ended and thereby the time to be released of the thyristor is secured before the next thyristor becomes conductive State is brought.

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.In a preferred embodiment, which is advantageous for an electromagnetic Ultrasonic generator can be used is just a single inductive resistor provided which with the capacitor and one of the two thyristors in series lies, while the second thyristor is parallel to the series circuit of this inductive Load resistor and the capacitor is arranged.

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.Further refinements of the invention emerge from the following described and reproduced in the drawing in its electrical circuit diagram Exemplary embodiments play in conjunction with the subclaims.

In den Schaltbildern nach den Fig. 1 bis 4 sind übereinstimmende oder wenigstens gleichwirkende Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen vorsehen.In the circuit diagrams according to FIGS. 1 to 4 are matching or Provide at least equivalent components with the same reference numerals.

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.In the electrical power pulse switch according to FIG. 1, a first Thyristor 1 is provided, which is connected in series with an inductive load resistor 4 is. This is connected to the positive terminal 11 of a direct current source 12, which is expedient can be designed as a known capacitor battery, which by a power rectifier is fed in the usual way.

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.Behind this series connection leads to the negative pole 13 of the direct current source the parallel connection of a surge or pulse capacitor 3, which is described below is only called a capacitor, and from a series connection of a second inductive resistor 5 and a second thyristor 2. The inductive resistor 5 can be beneficial through a second winding of an electromagnetic Energy converter be formed.

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.Each of the two thyristors 1 and 2 can through independently of the other a known control pulse generator can be made conductive and remains then the rod is conductive until the one between its anode and its cathode Voltage has dropped to a very low positive residual value.

Vorteilhaft kann als Steueimpulsgeber eine astabile Kippstufe verwendet, werden deren Kippfrequenz in weiten Grenzen willkürlich einstellbar ist.An astable multivibrator can advantageously be used as the control pulse generator, are whose sweep frequency can be set arbitrarily within wide limits.

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.As soon as the thyristor 1 by one of the control pulses of the not shown The control pulse generator is ignited and brought into a current-conducting state, A current flows from the direct current source 12 via the inductive load resistor 4 to the capacitor 3. The capacitor is charged. This charging current flows initially at least until the voltage on capacitor 3 is that of the power source 12 reached. From the charging current, a with the inductive load resistance 4 linked magnetic field generated, which has the consequence that according to Lenz's law or the aforementioned charging current over the point in time when the voltage across the capacitor is equal 3 and at the direct current source 12 continues to flow for a while until the Energy of the electromagnetic field has decayed. In doing so, the capacitor 3 charged to a voltage that can be significantly higher than the voltage the DC power source 12, as soon as this additional current flow from the collapsing The magnetic field of the inductive resistor 4 decays, the one that was previously conductive goes Thyristor 1 into its locked state without any requires special assistance. He then prevents that the charge from the higher tensioned condenser can flow back.

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.Immediately after this automatic extinguishing process of thyristor 1 This is followed by a currentless, electrically quiet period of time. This period of time must last at least as long as the so-called "freezing time" of the thyristor 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.After this currentless period of time, which can be extended practically at will can be, the thyristor 2 is ignited as soon as the control pulse generator, not shown the next control pulse - for example when one returns to the generator belonging astable flip-flop in its starting position - delivers. Then the capacitor 3 discharged, the discharge current flowing through the inductive load resistor 5.

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.Because of Benz's law, this current lasts longer than Xder pure discharge time of the capacitor 7 would correspond. The capacitor 3 will therefore not just unloaded, but reloaded. After this reloading process goes out the previously conductive thyristor 2 and thereby returns to its blocking state without special Add back. In this locked state, it prevents the charge from the now reversed charged capacitor 3 can flow back. As described above, closes the automatic extinguishing process of the thyristor 2 is subject to a currentless period of time that lasts at least as long as the thyristor is free.

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.As soon as the next control pulse of the thyristor 1 again into the conductive State is brought, the previously described Qiel repeats itself continuously, so that the thyristors are alternately conductive as long as the system is switched on.

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.While in the embodiment of FIG. 1 in the load resistors 4 and 5 the current flows in the same direction and therefore as a direct current pulse appears in the load resistance is in the embodiments according to FIGS. 2 and 4 the arrangement is made so that only one current load resistor is provided and that this single load resistance in one direction from the charging current and in the other direction is traversed by the discharge current of the capacitor 7. For this is in the embodiment of FIG. 2 that contains a strong inductive component Load resistor 6 together with the charging thyristor 1 and the capacitor 3 in series connected, and this series connection is connected to the output terminals 11 and 13 of the DC voltage source 12 placed, the anode of the thyristor 1 being connected to the positive terminal 11. In contrast to the anorunum according to FIG. 1, in the embodiment according to FIG. 2 the anode of the second thyristor connected to the cathode of the first thyristor 1, wherein the cathode of the thyristor 2 is connected to the negative terminal 13 of the discharge thyristor 2 therefore forms a series connection of the load resistor 6 and the capacitor 3 series connection formed parallel discharge circuit. The two thyristors 1 and 2 are alternately conductive in the manner described above State controlled, the other of the two thyristors being blocked.

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.In this case, the load resistance 6 is different from that flowing to the capacitor 3 Charge current in one direction, from the discharge current flowing through the thyristor 2 of the capacitor 3, however, flows through in the opposite direction.

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.In the embodiment according to FIG. 4, the same mode of operation is used with regard to the inductive load resistance indicated there at 8 erzeqt as at load resistance 6 according to Fig. 2. Here, too, the charging current flows through of the capacitor 3, the load resistor 8 in the case of a current-conducting thyristor 1 in one Direction and the discharge current of the flowing thyristor 2 when the discharge is conductive Capacitor 3 the load resistor 8 in the opposite direction, with each an increase in voltage across the capacitor 3 as a result of the inductance of the load resistance 8 or 6 occurs.

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.In the embodiment according to FIG. 3, the L $ resistance is predominant or designed exclusively as an ohmic resistor 7. For safe transshipment of the capacitor 3 and consequently for the safe deletion of the two thyristors 1 and 2 is an inductor 9 in series with the charging thyristor 1 in the charging branch and an inductance 10 in series with the discharge thyristor 2 in the discharge branch built-in.

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.In this arrangement, too, the capacity of the capacitor 3 is so high the total inductance of the charging circuit and the discharging circuit are matched and the control pulse repetition frequency can be selected so that the current flow during charging or when the capacitor 3 is discharged, and thereby the release time of the respective thyristor is ensured before the respective subsequent thyristor is ignited.

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.The inductances 9 and 10 can also be used in circuit arrangements with inductive load resistance according to FIGS. 2 and 4 can be installed. they seem then just as in the embodiment of FIG. 3 as protective chokes in the case a short circuit that occurs when both thyristors are accidentally ignited at the same time 1 and 2 would arise.

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.The particular advantage of the power pulse switch according to the invention can be seen above all in the fact that it has a very simple structure and very works reliably without overloading any TelB of the switch will. The simplification lies mainly in the fact that neither additional leakage thyristors quenching capacitors or free-wheeling diodes or other protective circuits are required are.

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. as if in the arrangements according to FIGS. 2 and 4 one of the two thyristors on the cathode side with the inductive load 6, 8 and the other thyristor on the anode side associated with this load, and also the inductive component of the load very much is large, there can be such a high rate of rise at the start of the load current the voltage across the load will result in the other thyristor, which is initially blocked should remain, ignited without ignition signal and becomes conductive. This occurs under Bypassing the inductive load and the surge capacitor 3 a short circuit, the can lead to considerable damage.

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.To avoid such a dangerously high rate of voltage rise you can ähmllich the circuit diagram of Fig. 3 in the circuits of Fig. 2 and 4, in which the cathode of one thyristor with the anode of the other thyristor connected, a choke with small inductance - preferably in the anode lead turn on one of these thyristors.

In den Fig. 2 und 4 sind solche Drosseln, von denen jedoch jeweils nur eine erforderlich ist, mit unterbrochenen Linien angedeutet.In Figs. 2 and 4 such throttles are, of which, however, respectively only one is required, indicated with broken lines.

Ansprüche LeerseiteExpectations Blank page

Claims

Claims: Electrical power pulse switch for one load resistor load current flowing through, taken from a direct current source, with a first and with a second thyristor and with a capacitor, thereby g e k e n n z e i c h n e t that one of the thyristors (1, 2) receives a charging current pulse from the direct current source (12) switches to the capacitor ()) via an inductive resistor (4, 6, 8, 9) and that after the charging current pulse the other thyristor (2) via an inductive Resistor (5, 5, 8, 10) switches the discharge current of the capacitor.

2. Switch according to claim 1, characterized in that the capacitance of the capacitor (3) on the inductance in the charging circuit and in the discharging circuit tuned and the pulse repetition frequency is tuned so that the current flow of the Charging or discharging of the capacitor is ended and thereby the release time each of the shyristors is secured before the respective sewn thyristor is ignited will.

3. Switch according to claim 2, characterized in that a first Load resistor (4) in series with the first thyristor (1) and the capacitor (3) to the direct current source (12) and that a second load resistor (5) in the discharge branch, which runs parallel to the capacitor (3), is in series with the second Thyristor (2) is arranged.

4. Switch according to claim 2, characterized in that only a single one inductive load resistor (6, 8) provided and in the circuit of the switch in such a way is arranged that it is from the charging current in one direction and from the discharging current of the condenser (3) flows through in the other direction.

5. Switch according to claim 4, characterized in that the inductive Load resistor (6, 8) in series with the -preferably one-sided at one pole of the Direct current source (s) connected - capacitor (3) and the first thyristor (1) and that in a parallel to the series circuit of the capacitor and the load resistor running discharge circuit of the second thyristor (2) is arranged is.

6. Switch according to claim 5, characterized in that the load resistance is mainly designed as an ohmic resistor (7) and that both in the charging branch as well as an inductance (9, 10) is arranged in the discharge branch.

7. Switch according to claim 5 or 6, wherein the cathode of the one of the two thyristors with the inductive load and with the one connected to it The anode of the other thyristor is connected (Fig.2 or 4), thereby g e k e n n z e i c h n e t that in both supply and discharge lines of the two thyristors - preferably in the ae anode leadXa choke with a small inductance to reduce the Voltage rise rate is switched on.