PULSE GENERATOR

Abstract: 1. A pulse generator, particularly for generating cattle-fence pulses, a) comprising a pulse transformer to the primary winding (W1 ) of which an electric charging capacitor (C1 ) and to the secondary winding (W2 ) of which an electric capacitor (Cz ; C2 + Cz ), for example an electrified fence which has an electric capacity, are connected, the electric capacity of the charging capacitor (C1 ) being considerably greater than the electric capacity of the capacitor (Cz ; C2 + Cz ) connected to the secondary side, the charging capacitor (C1 ) being constantly connected to a charging circuit (G1 ; G2 ) and, in the parallel circuit of charging capacitor (C1 ) and primary winding (W1 ) of the pulse transformer, a thyristor (Th), which is controlled by means of a pulse timer (T) for firing in a previously determined sequence in time, or a transistor which is provided with an external control arrangement, being inserted as a switch for generating an oscillation ; b) by corresponding development of the circuit arrangement and its electric components in the equivalent circuit, the inductance (L) and the leakage inductance (Ls) of the pulse transformer forming a coupled series- and parallel-tuned circuit with the capacities of the electric capacitors connected to the primary and secondary side of the pulse transformer, the series-tuned circuit of which coupled series-and parallel-tuned circuit contains the leakage inductance (Ls), the capacity which is effective at the secondary side, and resistive impedances, the electric values of which are given by the electric magnitudes of the pulse transformer and of the connected capacitors (C1 , C2 , Cz ), in which arrangement the closing of the switch in the parallel circuit of charging capacitor (C1 ) and primary winding (W1 ) of the pulse transformer and the discharge current which thus begins to flow are also accompanied by a transient event with a first sinusoidal transient current which flows via the series-tuned circuit and the switch and the frequency of which is determined by the leakage inductance (Ls) and the electric capacity which is effective in the series-tuned circuit and the damping of which is determined by the resistive impedances which are effective at the series-tuned circuit and, for the purpose of opening the parallel circuit consisting of charging capacitor (C1 ) and primary winding (W1 ) of the pulse transformer c.a) during operation without bypassing energy in the secondary circuit the transient event is used, in order to prevent energy losses, for cutting off the thyristor (Th) or transistor, with the charging capacitor (C1 ) being only partially discharged, whereas c.b) during operation including bypassing of energy in the secondary circuit, an increased damping, produced by adding a resistance (Rz ) of previously determined limit size on the secondary side, and the consequent adequate suppression of the negative half-wave (between pi 1 and 2pi 1 ) of the transient current is used for stopping the cutting-off of the thyristor or transistor by means of the transient event until the charging capacitor (C1 ) has been completely discharged, characterised in that the thyristor (Th) turn-off time and the pulse timer (T) firing pulse width or the phase relationships, which are analogous to the thyristor turn-off time and to the firing pulse width, of the signals supplied by the external-control arrangement to the transistor, are tuned to the electric values, determining the frequency of the transient event, of leakage inductance (Ls), capacity effective on the secondary side and resistive series impedance (R), in order to meet the following conditions : - that the triggering firing pulse, which makes the thyristor (Th) or transistor conductive, is shorter than the first positive half-wave (between O and pi 1 ) of the sinusoidal transient current, - that the thyristor or transistor, during a fully formed negative half-wave (between pi 1 and 2pi 1) of the sinusoidal transient current is cut off for the duration of this half-wave and - that, with the presence of a damping of previously determined magnitude in the series-tuned circuit, the negative half-wave (between pi 1 and 2pi 1 ), caused by this and at least partially suppressed, of the sinusoidal transient current is insufficient for the thyristor (Th) or transistor to be cut off or held in a cut-off state.

Description: Impuisgenerator ====================================== Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator, insbesondere zur Erzeugung von eidezaunimpulsen, mit einem Impulstransformator, dessen Induktivitäten und Streuinduktivitäten mit einem primärseitig angeschlossenen elektrischen Ladekondensator und einem sekundärseitig angeschlossenen Kondensator, beispielsweise der Zaunkapazität, einen gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreis bildet, wobei in den Parallelschaltungskreis von Primärwicklung des Impulstransformators und Ladekondensators ein mittels eines Impulstimers zum Zünden in vorher festgelegter zeitlicher Folge gesteuerter Thyristor oder ein mit Fremdsteuerung versehener Transistor als Schalter eingesetzt und der Ladekondensator ständig an einen Ladestromkreis angeschlossen und die Kapazität des Ladekondensators wesentlich grösser als die Kapazität des sekundärseitig angeschlossenen Konden sators ist. Bei Impulsgeneratoren dieser Art wird der zu erzeugende und beispielsweise auf einen Elektrozaun zu legende Impuls durch die beim Schliessen des Parallel stromkreises von Primärwicklung und Ladekondensator einsetzende elektrische Schwingung und Transformieren dieser Schwingung auf hohe Spannung in dem Impulstransformator hervorgerufen. Die bekannten Geräte dieser Art sind so dimensioniert, dass der Thyristor mit der negativen Halbwelle derjenigen Schwingung gesperrt wird, die bestimmt ist, durch die Parallelinduktivität im gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreis und die Kapazität des Ladekondensators. Dies bedeutet, dass der Thyristor durch die negative Halbwelle des Stromes der zweiten periodischen Schwingung, d.h. der Hauptschwingung gesperrt wird. Da aber in dem gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreis die Spannung der Schwingung dem Strom der Schwin gung um lt voreilt, ist im Augenblick der Sperrung 2 des Thyristors der Ladekondensator bereits mit umgekehrter Polarität als ursprünglich aufgeladen. Er muss deshalb für den nächsten Impuls aus der Stromquelle entladen und mit umgekehrter Polarität aufgeladen werden. In DE-OS 27 33 145 ist bereits vorgeschlagen worden, das Schaltelement im Primärkreis, d.h. dem Parallelstromkreis von Ladekondensator und Primärwicklung des Impulstransformators dann zu öffnen, wenn die Serienkapazität auf den oberen Scheitelwert der Einschwingspannung oder in die Nähe davon aufgeladen ist. In der Praxis hat es sich jedoch ge sagt, dass diese Steuerungsweise für das Schaltelement sehr empfindlich und nur schwer ausführbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine verbesserte Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der das Schaltelement im Parallel stromkreis von Ladekondensator und Primärwicklun des Impulstransformators sicher zu einem vorherbestimmbaren reproduzierbaren Zeitpunkt gesperrt wird bzw. diesen Parallelstromkreis öffnet, sobald ausreichend Energie für einen gewünschten Impuls, beispielsweise einen auf einen Elektrozaun zu legenden Impuls, dem Ladekondensator entnommen worden ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Thyristor bezüglich seiner Freiwerdezeit und der Impulstimer des Thyristors bezüglich der Breite des Zündimpulses bzw. die der Freiwerdezeit des Thyristors und der Breite de Zündimpulses analogen Phasenlagen der vom Fernsteuerungselement auf den Transistor gegebenen Signale derart auf die durch die elektrischen Grössen des Impulstransformators und der angeschlossenen Kondensatoren im gekoppelten Serien-Parallelschwingkreis gegebenen und den ersten sinusförmigen Strom, der beim Schliessen des Parallelkreises von Ladekondensator und Primärwicklung des Impulstransformators auftritt, bestimmenden elektrischen Werte von Streuinduktivität, sekundärseitig wirksamer Kapazität und ohm'schen Serienwiderstand abgestimmt sind, dass die erste negative Halbwelle (zwischen 71 und 21T1) des sinusförmigen Stromes den Thyristor bzw. den Transistor sperrt und der auslösende Zündimpuls der den Thyristor bzw. den Transistor leitend macht, kürzer als die erste positive Halbwelle (zwischen 0 und tut1) dieses sinusförmigen Stromes ist, wobei jedoch diese Abstimmung derart getroffen ist, dass eine dure Zuschaltung eines vorher festgelegten sekundärseitigen Widerstandes hervorgerufene Dämpfung die negative Halbwelle (zwischen W1 und 27r1) der ersten sinusförmigen Schwingung die negative Halbwelle ausreichend unterdrückt, dass sie den Thyristor bzw. den Transistor nicht mehr sperrt. Die Erfindung bewirkt zwei wesentliche Vorteile: Vermeidung von Verlusten und Erhöhung des Schreckeffektes an Elektrozäunen. Beide Wirkungen stellen wesentliche Verbesserungen in der Elektrozauntechnik dar. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann parallel zur Sekundärwicklung des Impulstransformators ein fester Kondensator angeschlossen sein, der parallel zur Zaunkapazität liegt, wobei in eine oder in beide Verbindungsleitungen zwischen diesem festen Kondensator und der Zaunkapazität eine oder mehrere Dioden eingeschaltet sind. Bei Benutzung eines Transistors als Schalter kann die Fremdsteuerung des Transistors mit Einrichtungen zur Abstimmung auf die Länge bzw. Kapazität des Elektrozaunes ausgestattet werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipschaltung des erfindungsgemässen Impulsgenerators, der alternativ aus einer Gleichspannungsquelle oder einer Wechsel spannungswelle gespeichert wird; Fig. 2 den Impulsgenerator gemäss Figur 1 mit dem äquivalenten Ersatzschaltbild seines Impuls transformators; Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform des Im pulsgenerators nach Figur 1, bei der der Elektrozaun über eine Diode angekoppelt und ein Festkondensator parallel zur Sekundär wicklung des Impulstransformators gelegt ist und Fig. LI den prinzipiellen zeitlichen Verlauf des Stromes durch den Thyristor während eines Impulsvorganges bei Geräten nach dem Stand der Technik. In der Darstellung der Figur 1 sind W1 und W2 die Primärwicklung und die Sekundärwicklung eines Impulstransformators Tr mit den zugehöringen Induktivitäten L1 und L2. Los1 und L s2 sind die jeweiligen Streuinduktivitäten die üblicherweise einige Prozent der jeweiligen Hauptinduktivität betragen. 1 und R2 sind die ohm'schen lVicklungs- und Leitungswiderstände. C1 ist ein - vorzugsweise grosser - Ladekondensator, welcher - wie dargestellt über den Thyristor Th an die Primärwicklung W1 angeschlossen ist. Der Ladekondensator C1 wird auf eine Spannung U1 aufgeladen, und zwar über eine vorgeschaltete Diode D1 aus einer Gleichspannungsquelle, die beispielsweise ein DC-DC-Wandler G2 oder eine mit Gleichrichter ausgestattete Wechselspannungsquelle G1 sein kann. Parallel zur Sekundärwicklung des Impulstransformators Tr ist eine Kapazität cm z geschaltet, die vorzugsweise die Kapazität eines Zaundrahtes gegenüber dem Erdboden darstellen soll. Diese Kapazität z kann aber auch in anderer Anwendung ein fester Kondensator oder dergleichen sein. Rz ist ein ohm'scher Widerstand, der z.B. zuge schaltet wird, wenn ein Tier den Zaundraht berührt, wobei über diesen Widerstand (respektive Tierkörper) Energie verbraucht wird. T ist ein ansich bekannter Impulstimer, der vorzugsweise in Abständen von ca. 1 sec. bis 2 sec. einen kurzen Zündimpuls auf das Gitter des Thyristors Th gibt und diesen leitend macht, wobei der Timer vorzugsweise direkt aus der jeweiligen Spannungsquelle gespeist wird. Figur 2 zeigt das elektrische Wirkschema, das dem Impulsgenerator gemäss Figur 1 entspricht. L ist die äquivalente Ersatzinduktivität des Impulstransformators, L5 die Ersatzinduktivität der Streuinduktivität und R der Ersatzwiderstand. Der Impulstransformator hat in der Regel ein übersetzungsverhältnis, wobei W2 grösser als W1 ist. Alle Grössen im Ersatzschaltbild sind entweder auf die Primärseite oder auf die Sekundärseite zu beziehen. Der Ladekondensator C1 sei auf die Spannung U1 aufgeladen. Ein Zündimpuls macht den Thyristor Th leitend. Dadurch wird der Ladekondensator C1 auf den Impulstransformator geschaltet. Die Ersatzinduktivität L ist gross gegenüber der Ersatzstreuinduktivität Ls, so dass die Impedanz der Strecke L5, R, Cz wesentlich kleiner als die der Strecke über L ist. Wie Figur 4 zeigt, fliesst zunächst ein gedämpfter sinusförmiger Strom, der durch die Kreisgrössen der ersten Strecke bestimmt wird, und eine Kreisfrequenz von t31 1 hat. Wegen der kleinen Werte von L5 gegenüber L und Cz gegenüber C1 ist die Frequenz dieser ersten Schwingung hoch. Nach Ablauf dieser als Einschwingvorgang bekannten Schwingung geht der Strom über in eine zweite Schwingung, die bestimmt wird durch die Kapazität des Ladekondensator C1, die Ersatzinduktivität L des Impulstransformators und den Ersatzwiderstand R. Die Kreisfrequenz W2 dieser zweiten Schwingung ist daher wesentlich kleiner als die Kreisfrequenz zu 1 der ersten Schwingung. Bevor der Thyristor Th leitend wird, ist in dem Ladekondensator C1 ein bestimmter elektrischer Energiebetrag gespeichert (1/2 C1 ). Wird der Thyristor Th ge- zündet und erst ab dem Zeitpunkt 1T2 gesperrt, wie dies nach dem Stand der Technik erfolgt, dann pendelt die Energie zwischen dem Ladekondensator C1 und der Ersatzinduktivität L des Impulstransformators. Der Ladekondensator C1 entläct sich voll, und in der Induktivität L wird eine äquivalente magnetische Energie (1/2 LI2) aufgebaut, welche wiederum als kapazitive Energie nach dem Ladekondensator C1 zurückfliesst - aber mit umgekehrter Polarität. Zum Zeitpunkttr2 ist der Ladekondensator - unter Abzug der Verluste - m t umgekehrter Polarität wieder aufgeladen. Der Strom durch den Thyristor Th wird nun negativ, und der Thyristor sperrt. Wegen der jetzt umgekehrten Polarität der Energie im Ladekondensator C ist die Diode D 1 nun leitend, und die Energie fliesst ab und gleicht sich in der vorgeschalteten Stromversorgung z.B. im Netz aus. Die Energie ist verloren, sie komnt nicht wieder zurück. Der Ladekondensator C1 muss jetzt wieder aufgeladen werden. Dieser Vorgang wiederholt sich. Bei gut isoliertem Zaun - wenn nur die Zaunkapazität c z zugeschaltet ist - wird im Irnpulsgenerator und im angeschlossenen Zaun nur ein kleiner Teil der En-ergie (in R) verbraucht. Der Hauptteil der Energie geht durch die Umkehrung der Polarität und die dadurch bedingte Entladung des Ladekondensators C1 über die Stromversorgung verloren. Wird ein Zaunableitwiderstand R z (beispielsweise Tierberührung) zugeschaltet, dann fliesst die Energie aus dem Ladekondensator C1 je nach Grösse des Widerstandes R z ganz oder teilweise direkt in diesen Verbraucher und wird hier nutzbringend (beispielsweise in einen Schreckeffekt) umgesetzt. Im Zeitpunkt 72 ist dieser Vorgang schon abgelaufen. Es kommt keine oder nur noch wenig Energie zum Ladekondensator C1 zurück. In der Regel ist ein Elektrozaun gut isoliert. Eine Tierberührung findet nur ganz selten statt und hat deshalb keinen merklichen Einfluss auf den Gesamt-Energiehaushalt des Elektrozaungerätes. Die pro Impuls aus der Stromquelle entnommene Energie ist bei herkömmlichen Geräten als Verlustenergie abzuschreiben. Bei aus dem elektrischen Versorgungsnetz betriebenen Geräten ist dies tragbar, weil dieser Energiebetrag auch bei leistungsstarken Geräten sehr gering ist. Wichtig wird diese Energieverschwendung aber bei aus Batterien getriebenen Geräten, deren Anteil in der Praxis sogar 80% beträgt. Diese Geräte werden aus Spezial-Trockenbatterien betrieben, die relativ teuer sind. Wie oben dargelegt, wird diese teure Energie praktisch vollständig in reine Verlustenergie umgesetzt. Eine grundsätzliche Abhilfe wird gemäss der Erfindung geschaffen, wenn der Thyristor bereits mit der negativen Halbwelle der ersten sinusförmigen Schwingung gesperrt wird (Tt1 bis 2ru). Bis zu diesem Zeitpunkt ist aus dem Ladekondensator C1 nur so viel Energie abgeflossen wie benötigt wird, um die Zaunkapazität C, z aufzuladen. Die Zaunkapazität cm z ist in der Regel klein gegenüber der Kapazität des Ladekondensators C1, so dass der Hauptteil der Energie unverändert in dem Ladekondensator C1 verbleibt. Erfindungsgemäss werden daher die Grössen der Streuinduktivität Ls, des Ersatzwiderstandes R und der sekun därseitigen Kapazität, d.h.eine der Zaunkapazität Cz oder eines parallel zur Sekundärwicklung W2 des Impulstransformators geschalteten Festkondensators C2, sowie die Freiwerdezeit des Thyristors Th so gewählt, dass der Thyristor durch die negative Halbwelle der ersten Schwin gung ( 1 bis 21T1) ) gesperrt wird. Dabei muss allerdings der Zündimpuls bereits beilr1 abgelaufen sein, damit nicht der Zündimpuls den Thyristor offenhält. Der Entladevorgang des Ladekondensators C1 wird wieder unterbrochen. Es wird dann aus dem Ladekondensator C1 nur so viel Energie entnommen wie nötig ist, um die sekundärseitige Kapazität, sei es ein parallel geschalteter Festkon densator C2 oder die Zaunkapazität Cz, aufzuladen. Die z dabei vom Ladekondensator C1 abgegebene Energie wird aus der vorgeschalteten Energiequelle nachgeliefert. Im Fall der Tierberührung wird ein Ableitwiderstand Rz parallel zur Zaunkapazität cm z zugeschaltet. Dies führt zu einer starken Dämpfung der ersten Schwingung, wobei die zweite Halbwelle der ersten Schwingung zwischen 1T1 und und1 wesentlich kleiner wird bzw. nicht mehr erscheint. Der Thyristor Th wird jetzt nicht mehr ge sperrt. Die Energie des Ladekondensators C1 entlädt sich jetzt voll über den zugeschalteten Widerstand R z bzw. den Tierkörper, wobei diese Energie oder ein Teil der selben durch uskelkontraktion enden Schmerzeffekt er zeugt. Bei der oben erläuterten=erfindungsgemässen Abstimmung und dem Aufbau der Schaltungsanordnung gemäss Figur 1 und 2 wird normalerweise die auf die Zaunkapazität Cz gegebene Ladung über die vorgeschaltete Induktivität wieder entladen, so dass auch dieser Energiebetrag ver loren geht. Sollte bei sehr langen Elektrozäunen die Zaunkapazität cm z doch einen erheblichen Wert annehmen, so kann in einer in Figur 3 dargestellten Abwandlung durch Zuschaltung einer Diode D2 der Rückfluss dieser Energie -verhindert-werden. Es fällt dann hier praktisch kein Energieverlust mehr an. Es ist aber in diesem Fall notwendig, einen festen Kondensator C2 vorzusehen, damit sich die erste sinusförmige Schwingung ausbilden kann. Dieser Festkondensator C2 kann in seiner Kapazität klein gegenüber der Kapazität des Ladekondensators cl gehalten werden, sodass auch die Verluste, die durch diesen Festkondensator C2 unvermeidlich sind, klein gehalten werden.

Claims: Patentansprüche 1) Impulsgenerator, insbesondere zur Erzeugung von Weide zaunimpulsen, mit einem Impulstransformator, dessen Induktivitäten und Streuinduktivitäten mit einem primärseitig angeschlossenen elektrischen Ladekon densator und einem sekundärseitig angeschlossenen elektrischen Kondensator, beispielsweise einer Zaun kapazität, einen gekoppelten Serien- und Parallel schwingkreis bilden, wobei in den Parallelschaltungs kreis von Primärwicklung des Impulstransformators und Ladekondensators ein mittels eines Impulstimers zum Zünden in vorher festgelegter zeitlicher Folge ge steuerter Thyristor oder ein mit Fremdsteuerung ver sehener Transistor als Schalter eingesetzt und der Ladekondensator ständig an einen Ladestromkreis ange schlossen und die Kapazität des Ladekondensators wesent lich grösser als die Kapazität des sekundärseitig ange schlossenen Kondensators ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Thyristor (Th) bezüglich seiner Freiwerdezeit und der Impulstimer (T) bezüglich der Breite des Zündimpulses bzw. die der Freiwerdezeit des Thyristors und der Breite des Zündimpulses analogen Phasenlagen der vom Fernsteuerungselement auf den Transistor gegebenen Signale derart auf die durch die elektrischen Grössen des Impulstransformators und der angeschlossenen Kondensatoren (C1, C2, Cz) im gekoppelten Serien-Parallelkreis gegebenen und den ersten sinusförmigen Strom, der beim Schliessen des Parallelkreises von Ladekondensator (C1) und Primärwicklung (W1) des Impulstransformators auftritt, bestimmten elektrischen Werte von Streuinduktivität (los), sekundärseitig wirksamer Kapazität (cis) und ohm'schem Serienwiderstand (R) abgestimmt sind, dass die erste negative Halbwelle (zwischen 7T1 und 2tut1) des sinusförmigen Stromes den Thyristor (Th) bzw. den Transistor sperrt und der auslösende Zündimpuls, der den Thyristor (Th) bzw. den Transistor leitend macht kürzer als die erste positive Halbwelle (zwischen 0 und dieses sinusförmigen Stromes ist, wobei jedoch diese Abstimmung derart getroffen ist, dass eine durch Zuschaltung eines vorher festgelegten sekundärseitigen Widerstandes (Rz) hervorgerufene Dämpfung die negative Halbwelle (zwischen7r und 2 1) des Stromes der ersten sinusförmigen Schwingung ausreichend unterdrückt, dass Sie den Thyristor (Th) bzw, den Transistor nicht mehr sperrt. 2) Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Sekundärwicklung (W2)des Impulstrans formators ( -) ein fester elektrischer Kondensator (C2) angeschlossen ist, der parallel zur Zaunkapazi tät (Cz) liegt, wobei in eine oder in beide Verbindungs leitungen zwischen diesem Kondensator (C2) und der Zaunkapazität (Cz) eine oder mehrere Dioden geschaltet sind. 3) Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdsteuerung eines als Schalter benutzten Transistors Einrichtungen zur Abstimmung auf die Länge bzw. Kapazität (Cz) eines angeschlossenen Elektrozaunes enthält.

Inventors: WEINREICH, WILHELM, DIPL.-ING.
Applicants: HORIZONT GERATEWERK GMBH
Application year: 1981
Main classification: H05C1
IPC codes: H05C1