Impulsgenerator

Abstract

 Ein Impulsgenerator zur Erzeugung von Weidezaunimpulsen. Impulstransformator, dessen Induktivitäten (L₁,L₂) und Streuinduktivitäten (Ls₁, Ls₂) mit einem primärseitig angeschlossenen elektrischen Ladekondensator (C₁) und einem sekundärseitig angeschlossenen elektrischen Kondensator (Cz), beispielsweise einer Zaunkapazität, einen gekoppelten Serien- Parallelschwingkreis bilden. Zum Schließen und Offnen des Entladestromkreises über den Impulstransformator soll ein von einem Impulstimer (T) zum Schließen des Entladestromkreises gesteuerterThyristor (Th) eingesetzt werden, wobei dieser Thyristor (Th) bezüglich seiner Freiwerdezeit und der Impulstimer bezüglich der Breite des Zündimpulses derart auf die durch die elektrischen Größen des Impulstransformators und der angeschlossenen Kondensatoren bestimmten Frequenzen der Einschwingvorgänge in dem Serienschwingkreis und der elektrischen Schwingung im Parallelschwingkreis abgestimmt sind, daß die erste negative Halbwelle
des sinusförmigen Einschwingstromes den Thyristor (Th) sperrt und daß der auslösende Zündimpuls, der den Thyristor leitend macht, kürzer als die erste positive Halbwelle
dieses Einschwingstromes ist. Dabei soll jedoch die Beeinflussung der Einschwingvorgänge durch eine ohm'sche Belastung (Rz) des Sekundärkreises dazu führen, daß das Sperren des Thyristors (Th) bei Erreichen einer bestimmten ohm' schen Belastung unterbunden wird.
Anstelle eines Thyristors als Schaltelement kann auch ein zum Sperren fremdgesteuerter Transistor eingesetzt werden, wenn die Fremdsteuerung des Transistors das durch Haltestrom I_H und Freiwerdezeit tq bestimmte Sperrverhalten des Thyristors simuliert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator, insbesondere zur Erzeugung von Weidezaunimpulsen, mit einem Impulstransformator, dessen Induktivitäten und Streuinduktivitäten mit einem primärseitig angeschlossenen elektrischen Ladekondensator und einem sekundärseitig angeschlosse nen 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 ver sehener 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 Kondensators ist.

[0002] Bei Impulsgeneratoren dieser Art wird der zu erzeugende und beispielsweise auf einen Elektrozaun zu legende Impuls durch die beim Schliessen des Parallelstromkreises 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.

[0003] Da aber in dem gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreis die Spannung der Schwingung dem Strom der Schwingung um Π/2 voreilt, ist im Augenblick der Sperrung 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 gezeigt, daß diese Steuerungsweise für das Schaltelement sehr empfindlich und nur schwer ausführbar ist.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine verbesserte Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der das Schaltelement im Parallelstromkreis 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.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, daß der Thyristor bezüglich seiner Freiwerdezeit und der Impuls timer 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 TT₁ und 2Π₁) 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 Π₁) dieses sinusförmigen Stromes ist, wobei jedoch diese Abstimmung derart getroffen ist, daß eine durc Zuschaltung eines vorher festgelegten sekundärseitigen Widerstandes hervorgerufene Dämpfung die negative Halbwelle (zwischen Π₁ und 2Π₁) der ersten sinusförmigen Schwingung die negative Halbwelle ausreichend unterdrückt, daß sie den Thyristor bzw. den Transistor nicht mehr sperrt.

[0006] Die Erfindung bewirkt zwei wesentliche Vorteile: Vermeidung von Verlusten und Erhöhung des Schreckeffektes an Elektrozäunen. Beide Wirkungen stellen wesentliche Verbesserungen in der Elektrozauntechnik dar.

[0007] 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.

[0008] Bei Benutzung eines Transistors als Schalter kann die Fremdsteuerung des Transisbrs mit Einrichtungen zur Abstimmung auf die Länge bzw. Kapazität des Elektrozaunes ausgestattet werden.

[0009] 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 Impulstransformators;

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform des Impulsgenerators nach Figur 1, bei der der Elektrozaun über eine Diode angekoppelt und ein Festkondensator parallel zur Sekundärwicklung des Impulstransformators gelegt ist und

Fig. 4 den prinzipiellen zeitlichen Verlauf des Stromes durch den Thyristor während eines Impulsvorganges bei Geräten nach dem Stand der Technik.

[0010] In der Darstellung der Figur 1 sind W₁ und W₂ die Primärwicklung und die Sekundärwicklung eines Impulstransformators T_r mit den zugehöringen Induktivitäten L₁ und L₂. L_s1 und L_s2 sind die jeweiligen Streuinduktivitäten die üblicherweise einige Prozent der jeweiligen Hauptinduktivität betragen. R₁ und R₂ sind die ohm'schen Wicklungs- 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.

[0011] Parallel zur Sekundärwicklung des Impulstransformators Tr ist eine Kapazität C_z geschaltet, die vorzugsweise die Kapazität eines Zaundrahtes gegenüber dem Erdboden darstellen soll. Diese Kapazität C_z kann aber auch in anderer Anwendung ein fester Kondensator oder dergleichen sein. R_z ist ein ohm'scher Widerstand, der z.B. zugeschaltet wird, wenn ein Tier den Zaundraht berührt, wobei über diesen Widerstand (respektive Tierkörper) Energie verbraucht wird.

[0012] 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.

[0013] Figur 2 zeigt das elektrische Wirkschema, das dem Impulsgenerator gemäss Figur 1 entspricht. L ist die äquivalente Ersatzinduktivität des Impulstransformators, L die Ersatzinduktivität der Streuinduktivität und s 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.

[0014] 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 L_s, so daß die Impedanz der Strecke L_s, R, C_z 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 ω₁ hat. Wegen der kleinen Werte von L_s gegenüber L und C_z 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 ω₂ dieser zweiten Schwingung ist daher wesentlich kleiner als die Kreisfrequenz ω₁ der ersten Schwingung.

[0015] Bevor der Thyristor Th leitend wird, ist in dem Ladekondensator C₁ ein bestimmter elektrischer Energiebetrag gespeichert (1/2 C₁ U₁²). Wird der Thyristor Th gezündet und erst ab dem Zeitpunkt Π₂ 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 entlädt 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 Zeitpunkt Π₂ ist der Ladekondensator - unter Abzug der Verluste -nit 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 C₁ ist die Diode D₁ nun leitend, und die Energie fliesst ab und gleicht sich in der vorgeschalteten Stromversorgung z.B. im Netz aus. Die Energie ist verloren, sie kommt nicht wieder zurück. Der Ladekondensator C₁ muß jetzt wieder aufgeladen werden. Dieser Vorgang wiederholt sich.

[0016] Bei gut isoliertem Zaun - wenn nur die Zaunkapazität C_z zugeschaltet ist - wird im Impulsgenerator 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.

[0017] Wird ein Zaunableitwiderstand R_z (beispielsweise Tierberührung) zugeschaltet, dann fliesst die Energie aus dem Ladekondensator C 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 Π₂ ist dieser Vorgang schon abgelaufen. Es kommt keine oder nur noch wenig Energie zum Ladekondensator C1 zurück.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] Eine grundsätzliche Abhilfe wird gemäss der Erfindung geschaffen, wenn der Thyristor bereits mit der negativen Halbwelle der ersten sinusförmigen Schwingung gesperrt wird ( Π₁ bis 2Π₁). Bis zu diesem Zeitpunkt ist aus dem Ladekondensator C₁ nur so viel Energie abgeflossen wie benötigt wird, um die Zaunkapazität C aufzuladen. Die Zaunkapazität C_z ist in der Regel klein gegenüber der Kapazität des Ladekondensators C₁, so daß der Hauptteil der Energie unverändert in dem Ladekondensator C₁ verbleibt.

[0021] Erfindungsgemäss werden daher die Grössen der Streuinduktivität L , des Ersatzwiderstandes R und der sekundärseitigen Kapazität, d.h.eine der Zaunkapazität C_z 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 Schwingung (Π₁ bis 2Π₁) gesperrt wird. Dabei muß allerdings der Zündimpuls bereits bei Π₁ 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 Festkondensator C₂ oder die Zaunkapazität C_z, aufzuladen. Die dabei vom Ladekondensator C₁ abgegebene Energie wird aus der vorgeschalteten Energiequelle nachgeliefert.

[0022] Im Fall der Tierberührung wird ein Ableitwiderstand R_z parallel zur Zaunkapazität C_z zugeschaltet. Dies führt zu einer starken Dämpfung der ersten Schwingung, wobei die zweite Halbwelle der ersten Schwingung zwischen Π₁ und 2Π₁ wesentlich kleiner wird bzw. nicht mehr erscheint. Der Thyristor Th wird jetzt nicht mehr gesperrt. Die Energie des Ladekondensators C₁ entlädt sich jetzt voll über den zugeschalteten Widerstand R bzw. den Tierkörper, wobei diese Energie oder ein Teil derselben durch Muskelkontraktion emen Schmerzeffekt erzeugt.

[0023] Bei der oben erläuterten erfindungsgemässen Abstimmung und dem Aufbau der Schaltungsanordnung gemäss Figur 1 und 2 wird normalerweise die auf die Zaunkapazität C_z gegebene Ladung über die vorgeschaltete Induktivität wieder entladen, so daß auch dieser Energiebetrag verloren geht. Sollte bei sehr langen Elektrozäunen die Zaunkapazität C_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 C₁ gehalten werden, so daß auch die Verluste, die durch diesen Festkondensator C₂ unvermeidlich sind, klein gehalten werden.

Ansprüche

1) Impulsgenerator, insbesondere zur Erzeugung von Weidezaunimpulsen, mit einem Impulstransformator, dessen Induktivitäten und Streuinduktivitäten mit einem primärseitig angeschlossenen elektrischen Ladekondensator und einem sekundärseitig angeschlossenen elektrischen Kondensator, beispielsweise einer Zaunkapazität, einen gekoppelten Serien- und Parallelschwingkreis bilden, 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 lich grösser als die Kapazität des sekundärseitig angeschlossenen 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, C_z) 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 (L_s), sekundärseitig wirksamer Kapazität (C ) und s ohm'schem Serienwiderstand (R) abgestimmt sind, daß die erste negative Halbwelle (zwischen Π₁ und 2Π₁) 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 Π₁) dieses sinusförmigen Stromes ist, wobei jedoch diese Abstimmung derart getroffen ist, daß eine durch Zuschaltung eines vorher festgelegten sekundärseitigen Widerstandes (R₂) hervorgerufene Dämpfung die negative Halbwelle (zwischen Π₁ und 2 Π₁) 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 Impulstransformators ( ) ein fester elektrischer Kondensator (C₂) angeschlossen ist, der parallel zur Zaunkapazität (C_z) liegt, wobei in eine oder in beide Verbindungsleitungen zwischen diesem Kondensator (C₂) und der Zaunkapazität (C_z) 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 (C ) eines angeschlossenen Elektrozaunes enthält.

Zeichnung