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Zündeinrichtung für steuerbare Silizium-Zellen zur Speisung und
Steuerung von elektromagnetischen Schwingantrieben
Elektromechanische Antriebe, die im weiten Bereich gesteuert werden sollen, werden heute immer mehr über steuerbare Einkristallgleichrichter erregt. Mit Hilfe einer besonderen Zündeinrichtung wird der Einsatzpunkt des Gleichrichters, der Anschnittwinkel eingestellt, so dass der Gleichrichter aus dem anstehenden Wechselstromnetz lediglich einen bestimmten Teil einer Sinusschwingung durchlässt. Das Flächenintegral der durchgelassenen Teilschwingung des Stromes, die Stromzeitfläche, ist ein Mass für die ausnutzbare Leistung. Da diese dem Quadrat des Stromes proportional ist, kann mit kleinem Stellbereich ein grosser Leistungsbereich bestrichen werden. Anderseits gehen ebenfalls Spannungsschwankungen des Speisenetzes quadratisch in die Nutzleistung ein.
Solche Steuereinrichtungen unter Verwendung steuerbarer Zellen haben sich als besonders geeignet für die Erregung und Steuerung elektromagnetischer Schwingantriebe erwiesen, da diese vorzugsweise für eine Arbeitsfrequenz von 50 Hz ausgelegt sind und daher nur über einen Einweggleichrichter aus dem Wechselstromnetz gespeist werden. Die steuerbare Zelle vereinigt hier in sich zwei Funktionen : die Aussiebung jeder zweiten Halbwelle und über die Steuerung des Anschnittwinkels gleichzeitig die Leistungssteuerung des Antriebes.
Unter andern bekannten Schaltungen ist auch eine Zündeinrichtung für steuerbare Zellen bekanntgeworden, die zur Zündimpulsabgabe eine Doppelbasisdiode (Unijunction Transistor) verwendet. Die Durchschlagsspannung dieser Doppelbasisdiode ist hierbei abhängig von der Aufladung eines parallelgeschaltetenKondensators. Zur Stabilisierung der Netzspannung ist in dieser bekanmenSchaltung eine Zener-Diode vorgeschaltet. Diese Schaltung bewirkt also, dass unabhängig von Spannungsschwankungen die Durchzündung der steuerbaren Zelle immer zum gleichen Zeitpunkt einer Periode erfolgt. Da jedoch, wenn keine besonderen aufwendigen Massnahmen zur Konstanthaltung der Speisespannung des Nutzgerätes getroffen sind, Spannungsschwankungen über die steuerbare Zelle voll zum Nutzgerät gelangen, treten entsprechende Schwankungen der Nutzleistung auf.
Weiter ist es bekannt, zur Kompensation der Spannungsschwankungen am Nutzleistungsgerät bei einer Zündeinrichtung für steuerbare Silizium-Zellen zur Leistungsregelung in Verbrauchern, z. B. Temperatur-und Lichtstärkeregelung, die aus einer RC-gesteuerten Doppelbasisdiode mit einer über eine Zener-Diode stabilisierten Emitterspannung besteht, die Doppelbasisspannung unter Umgehung der Stabilisierungsanordnung für die Emitterspannung dem Netzanschluss zu entnehmen.
Mit dieser Massnahme wird erreicht, dass der Erhöhung der Speisespannung proportional einverspätetes Zünden der Doppelbasis-Diode und damit ein späterer Impuls auf die steuerbare Zelle erfolgen. Ul11- gekehrt, bei einem Abfall der Speisespannung erfolgt die Zündung früher, so dass wieder etwa die gleiche Stromzeitfläche zur Verfügung steht.
Nun weist jedoch bei abgesenkter Spannung die RC-gesteuerte Emitterspannungskurve und die
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punktes zur Folge hat. Bei den üblichen Anwendungsfällen dieser Steuerung spielt diese Ungenauigkeit keine grosse Rolle.
Jedoch bei elektromagnetischen Vibratoren, die gemäss Fig. 1 eine quadratische Abhängigkeit besitzen und aus Wirtschaftlichkeitsgründen im oberen Grenzbereich betrieben werden, kann jede aus obigen Gründen auftretende Ungenauigkeit in der Regelung nicht nur die geförderte Menge unerwünscht ver- ändern, sondern sogar gefährlich werden, wenn ein Zusammenschlagen der schwingenden Massen auftritt.
Exaktere Steuerergebnisse lassen sich erreichen bei einer weiteren bekannten Zündeinrichtung für steuerbare Silizium-Zellen unter Verwendung einer mit einer Zener-Diode stabilisierten Emitterspannung, bei welcher die Doppelbasisspannung und die Emitterspannung parallel dem Netz, erstere über eine besondere Reduktionsschaltung, entnommen sind.
Um die hiezu nötige Schaltung zu vereinfachen und eine sichere, spannungsunempfindliche Schaltung zu erzielen, ist gemäss der Erfindung die Doppelbasis über einen Spannungsteiler zwischen zwei den Stabilisierungsgrad der Emitterspannung bestimmende und der Zener-Diode vorgeschalteten Widerständen angeschlossen.
Nun besitzt eine Doppelbasis-Diode eine beträchtliche Exemplarstreuung der Zündspannung, die in einer starren Schaltung eine unerwünschte Streuung der Ausgangsspannung verursacht.
Zur Verkleinerung und zum Ausgleich der Exemplarstreuung der Doppelbasis-Diode wird die Doppelbasis-Spannung gegenüber der Emitterspannung durch Vorschalten eines justierbaren Spannungsteilers. eines Potentiometers, gesenkt und einstellbar ausgeführt ist.
Mit der Verwendung des justierbaren Spannungsteilers kann die Doppelbasis-Spannung in bezug zur Emitterspannung eingestellt und damit die Exemplarstreuung der Doppelbasis-Diode ausgeschaltet werden.
Besonders exakte Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Doppelbasis-Diode durch einen eigenen, an das Netz angeschlossenen Versorgungskreis, über zumindest eine getrennte Transformatorwicklung, die
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ten Zener-Diode ergänzt sein kann, gespeist wird.
An Hand der Figuren sei die Erfindung und die Wirkungsweise näher erläutert : Fig. 1 zeigt die quadratische Abhängigkeit der Schwingbreite s eines elektromagnetischen Schwingantriebes von der Speisespannung UE. Wenn bei der Nennspannung a der Arbeitspunkt bei A liegt, so verursachen bereits kleine Spannungsschwankungen nach b oder c bereits grosse Änderungen in der Schwingbreite bei B bzw. C.
In Fig. 2 und Fig. 4 ist die bekannte Zündschaltung für steuerbare Zellen unter Verwendung einer Zener-Diode zur Spannungsstabilisierung und einer Doppelbasis-Diode zur Zündimpulsabgabe dargestellt.
Die Netzspannung wird im Gleichrichter 1 gleichgerichtet und liegt an der Zener-Diode über einen Strombegrenzungswiderstand 2 an. Parallel zur Zener-Diode liegt die aus Widerstand 4 und Ka-
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derstand 8, an dem ein kurzzeitiger Spannungsanstieg stattfindet, der zur Zündung der parallelgeschalteten steuerbaren Zelle verwendet wird. Durch Veränderung des Widerstandes 4 kann die Zeitkonstante des RC-Gliedes in weiten Grenzen verändert werden, wodurch eine Verschiebung des Zündeinsatzpunktes und damit eine Anschnittsteuerung der steuerbaren Zelle verwirklicht wird. An der Reihenschaltung des Widerstandes 4 und des Kondensators 5 liegt an den Punkten U-V ebenso wie an der Doppelbasisstrecke x-y eine stabilisierte Spannung. Wenn die speisende Netzspannung in ihrer Höhe schwankt, behält die Doppelbasisspannung und damit auch die Durchbruchspannung der Diode ihre Höhe.
Auf Grund dieser Tatsache bleibt der Anschnittwinkel der steuerbaren Zelle unabhängig von der Netzspannung konstant und die Leistung eines Antriebes schwankt proportional dem Quadrate der Spannungsschwankung gemäss Fig. 1.
In Fig. 3 ist die Stromspannungscharakteristik der Doppelbasis-Diode aufgetragen, die eine grosse Abhängigkeit der Durchschlagsspannung von der Doppelbasisspannung aufweist.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die Erfindung. Wird die Doppelbasisspannung x-y gemäss dem Erfindungsgedanken unter Umgehung der Stabilisierungsschaltung direkt der Spannungsquelle entnommen, so folgt sie proportional den Schwankungen der Netzspannung und entsprechend der Charakteristik der Doppelbasis-Diode verändert sich ihre Durchschlagsspannung. Bei höherer Netzspannung wird auch ihre
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Durchschlagsspannung höher und der Zündzeitpunkt verschiebt sich auf der Zeitlinie gegen später, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Dadurch wird ein kleinerer Anteil der Sinus-Halbwelle tragend und die abgegebene mechanische Wirkleistung im entsprechenden Verhältnis zur Speisespannung kleiner. Die Schwankung der Speisespannung wird auf diese Weise kompensiert.
Um eine vollkommen proportionale Kompensierung zu erreichen, kann es erforderlich sein, eine Reduktionsschaltung aus Widerständen oder andern Elementen dazwischen zu schalten, mit der die Proportionalität zur Speisespannung und Netzleistung eingestellt werden kann.
Noch genauere Einstellmöglichkeit und Herstellung des Proportionalitätszustandes ist mit der Schaltung nach Fig. 5 möglich, bei der die Doppelbasisspannung vollkommen getrennt über eine eigene Transformatorwicklung und einen eigenen Gleichrichter 12 mit eigener Stabilisierungsschaltung mit Vorwiderstand 13, Zener-Diode 14 und Einstellwiderstand 15 gesteuert werden kann.
In Fig. 4 ist stellvertretend für die andern Figuren der Anschluss der steuerbaren Zelle 9 und der Erregerwicklung des Vibrators 10 dargestellt.
Fig. 6c zeigt, wie in Abhängigkeit der Netzspannung uab der Augenblickswert der Spannung an der Vibratorwicklung Ucd verläuft. Je höher die Speisespannung uab ist, umso später erfolgt mit der erfindungsgemässen Schaltung die Durchzündung der steuerbaren Zelle 9 und des Stromimpulses in der Vibratorwicklung.
In Fig. 7 ist die Vorschaltung eines Spannungsteilers 16 vor dem Abgriff der Doppelbasis-Spannung gemäss der Erfindung dargestellt. Gleichzeitig ist bereits der weitere Erfindungsgedanke, dass der Anschluss des Spannungsteilers zwischen zwei im Pfad zur die Emitterspannung stabilisierenden Zener-Diode liegenden Widerständen 17 und 18 erfolgt und der Netzgleichrichter als Einwegventil 20 ausgeführt ist, gezeigt.
In Fig. 8 ist die Anwendung des Spannungsteilers 16 bei Anschluss an zwei getrennte Stromver- sorgungs-Systeme der Doppelbasisversorgung und der Emitterversorgung über gleichfalls je ein Einwegventil 20 und bei Verwendung einer zweiten Zener-Diode 14 mit Widerstand 15 in Reihe und parallal zum Spannungsteiler 16, der auch fest eingestellt aus zwei Einzelwiderständen gebildet sein kann, zur Stabilisierung der Doppelbasisspannung dargestellt.
Fig. 9 zeigt schliesslich die Einschaltung eines Kondensators 19 zwischen Spannungsteilerabgriff der Doppelbasisspannung und dem Gleichrichterausgang des Netzanschlusses.
Mit der vorstehend beschriebenenerfindungsgemässen Anordnung ist eine vollkommene Kompensation der Netzspannungseinflüsse einschliesslich der Exemplarstreuung der verwendeten Doppelbasis-Diode auf über steuerbare Zellen erregte elektromagnetische Antriebe möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zündeinrichtung für steuerbare Silizium-Zellen zur Speisung und Steuerung von elektromagneti-
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und Verwendung einer RC-gesteuertenDoppelbasis-Diode mit über einekennzeichnet, dass die Doppelbasis über einen Spannungsteiler zwischen zwei den'5tabilisierungs- grad der Emitterspannung bestimmenden und der Zener-Diode vorgeschalteten Widerständen angeschlossen ist.
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