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Einrichtung zur Ermittlung der Strom-Spannungs-Kennlinie von Gleichrichtern
Es ist bekannt. die Kennlinie von Gleichrichtern mittels Kathodenstrahloszillographen
sichtbar zu machen. Die Fig. 1 zeigt als Beispiel eine zur Ermittlung der Strom-Spannungs-Kennlinie
eines Gleichrichters Gx geeignete Einrichtung. Die aus der Wechselstromquelle Q
stammende Leistung gelangt iiber den Gleichrichter Gx an den Belastungswider stand
L (N7erbraucher) In Serie zum Gleichrichter Gx liegt außer dem Belastungswiderstand
L der Widerstand Rs. Dieser ist von demselben Strom i durchflossen wie der Gleichrichter
Gx, an den Klemmen Ui tritt daher eine Spannung auf, die proportional zu diesem
Strom verläuft. An den Klemmen Uv tritt andererseits eine Spannung auf, die gleich
der über dem Gleichrichter Gx liegenden Spannung Vx ist. Die Spannungen Ü und Uv
werden (gegebenenfalls über Nerstärker) den Plattenpaaren der Kathodenstrahlröhre
K zugeführt. Im gezeigten Beispiel wird der Strahl durch die Spannung Ui nach ohen,
durch die Spannung Uv nach rechts abgelenkt; auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre
erscheint daher gemäß Fig. 2 die Strom-Spannungs-Kennlinie des Gleichrichters G.
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Diese bekannte Einrichtung ist nun für die Ermittlung der Strom-Spannungs-Kennlinie
der in neuerer Zeit entwickelten Halbleitergleichrichter aus zwei (1ründen nicht
gut geeignet. Zunächst zeichnen sich diese Gleichrichter durch sehr kleine Sperrströme
bei hohen Sperrspannungen und durch sehr kleinen Spannungsabfall bei großen Strömen
in Durchlaßrichtung aus. Die Einrichtung nach Fig. 1 würde daher eine Kennlinie
gemäß Fig. 3 zeigen, und es ist leicht einzusehen. daß Feinheiten im Kennlinienverlauf
nicht mehr erkennbar sind. LTm derartige Feinheiten im Sperrbereich zu erkennen.
müssen große NVecbselspannungen der Ouelle Q und ein großer Maßstab zur Abbildung
des Stromes i verwendet werden. Im Gegensatz dazu bedingt eine deutliche Wiedergabe
der Nerbältnisse im Durchlaßbereich die Verwendung einer kleinen Spannung Vv und
eines kleinen Maßstabes für den Strom i. Es ist daher in der Praxis nicht möglich.
das Verhalten des Gleichrichters und insbesondere den Einfluß von Spannungs- und
Belastungsänderungen mit einem Blick zu überstehen. dazu müßten vielmehr die beiden
Kennlinienteile. die sich auf den Durchlaß- bzw. auf den Sperrbereich heziehen,
mit verschiedenen Maßstäben aufgezeichnet z erden.
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Sodann erfordert die Ermittlung der elektrischen Eigenschaften von
größeren Halbleitergleichrichtern mit einer Einrichtung nach Fig. 1 einen sehr hohen
Leistungsaufwand. ÄVean der Gleichrichter z. B. mit Sperrspannungen bis 200 NT und
mit Durehlaßströmen bis 1000 A belastbar sind werden im Belastungswiderstand L Leistungen
in der Größenordnung von.
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100 kV umgesetzt. die von der Stromquelle Q aufzubringen sind.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung zur Ermittlung der S t.rom-SpaIlnunhs-IiltlnIinie
von Gleichrichtern ermöglicht die Beseitigung dieser Nachteile. Es können aber vom
Gleichrichter Gx aus gesehen die in einer Einrichtung nach Fig. 1 herrschenden Betriebsbedingungen
erhalten bleiben. die ja völlig denjenigen beim praktischen Gebrauch des Gleichrichters
entsprechen. Es gestattet also auch die vorliegende Einrichtung die Prüfung und
Messung von Gleichrichtern unter betriebsmäßigen Bedingungen. Die Einrichtung gemäß
der Erfindung ist gekennzeichnet durch zwei Stromquellen und durch einen Umschalter,
welcher den Gleichrichter periodisch abwechselnd mit den heidaten Stromquellen verbindet.
von welchen die erste Stromquelle eine kleinere Spannung aufweist und den Gleichrichter
in Durchlaßrichtung belastet, während die zweite Stromquelle eine größere Spannung
aufweist und den Gleichrichter in Sperrichtung belastet.
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Die Fig. 4 erläutert das prinzip der Einrichtung gemäß der Erfindung
an Hand eines Ausführungsbeispiels. Der zu prüfende Gleichrichter G@ wird durch
den Umschalter 41 abwechselnd mit den beiden Stromquellen ()í und Q. verbunden.
Diese Stromquellen sind im vorliegenden Beispiel zwei Transformatoren, die aus demselben
Wechselstromnetz gespeist sind. Der Transformator Ot. dessen Sekundärwicklung eine
verhältnismäßig kleine Spannung liefert (z. B. einige
Volt), treibt
einen Strom in Durchlaßrichtung durch den Gleichrichter, der Transformator Qi!,
dessen Sekundärwicklung eine verhältnismäßig hohe Spannung liefert (z. B. einige
hundert Volt), helastet den Gleichrichter in Sperrichtung. Dazu muB der Umschalter
M synchron mit der Frequenz des Wechsel stromnetzes arbeiten und den Gleichrichter
nach Ablauf jeder Halbperiode wieder mit der anderen Strom quelle verhinden.
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Zur Messung des im Gleichrichter fließenden Durchlaßstromes und Sperrstromes
dienen die Widerstände RS bzw. Rs". Jeder von diesen ist in der zugeordneten Halbperiode
von demselben Strom durchflossen wie der Gleichrichter; an den Klemmen l 'i' und
Ui" treten daher Spannungen auf, welche proportional zum Durchlaßstrom bzw. zum
Sperrstrom sind. Die Spannungen Ui' und Ui" können nun - dies ist in der Fig. 4
nicht näher dargestellt itber einen wohlhekannten Elektronenschalter, der ebenfalls
mit der S5etzfrequenz svnchron läuft, abwechselnd den Vertikal ablenkplatten einer
Kathoden.-strahl röhre zugeführt werden. Die \Viderstandsv.erte für Rs' und Rs"
bestimmen dabei die Maßstäbe der Aufzeichnung von Durchlaßstrom hzw. Sperrstrom
sie können mit Vorteil so gewählt sein, daß heim mittleren zu erwartenden Durchlaßstrom
und beim mittleren zu erwartenden Sperrstrom etwa gleich große Ablenkungen des Kathodenstrahls
entstehen.
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Zur Messung der über dem Gleichrichter liegenden Spannung kann ebenfalls
ein mit der Netzfrequenz svnchron laufender Elektronenschalter verwendet werden,
der abwechselnd die Spannungen Uv' und U," den Horizontalablenkplatten der Kathodenstrahlröhre
zuführt. Die Spannung Uv' ist im gezeigten Beispiel gleich dem in Durchlaßrichtung
über dem Gleichrichter entstehenden Spannungsabfall; die in Sperrichtung am Gleichrichter
liegende Spannung wird durch den Spannungsteiler Rv', Rv" auf einen geeigneten Bruchteil
verringert und bei Uv" an den Elektronenschalter weitergeleitet. Das Spannungstei
lerverhältnis wird dabei mit Rücksicht auf vorteilhafte Aufzeich nungsmaßstäbe zweckmäßig
so gewählt, daß heim mittleren Spannungsabfall in Durchlaßrichtung und bei mittlerer
Sperrspannung etwa gleich große Ablenkungen des Kathodenstrahls entstehen.
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Meist wird es zweckmäßig sein, wenn die Sekundärspannungen der beiden
Transformatoren Q1 und Q2 regelbar sind.
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Der Umschalter M muß in der einen Stellung den vollen Durchlaßstrom
des Gleichrichters führen, während er in der anderen Richtung nur mit dem verhält-
nismäßig
sehr kleinen Sperrstrom belastet ist. Er kann zur Anpassung an diese Bedingungen
mit Vorteil ge-. mäß Fig. 5 ausgebaut sein: Ein aus dem Wechselstromnetz gespeister
Synchromnotor SM treibt den einpoligen Ausschalter S an, welcher den Gleichrichter
jeweils in Durchlaß richtung mit der Stromquelle Q1 verbindet. Dieser Schalter nebst
seinem Antrieb kann dabei nach den aus der Technik der Kontaktumformer wohlbekannten
Regeln konstruiert sein. In der anderen Halhperiode wird jeweils durch das Ventil
T eine Nerbindnng zwischen dem Gleichrichter Gx und der Stromquelle Q2 hergestellt.
Dieses Ventil hat nur den kleinen Sperrstrom des Gleichrichters Gx zu führen; es
kann demzufolge durch eine Hochvakuum -Gleichrichterröhre oder auch durch eine Siliziumdiode
mit hohem Sperrwiderstand gebildet sein.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann so al>ge wandelt werden.
daß der Gleichrichter in Sperrichtung Jeweils nicht durch eine Sinushalbwelle, sondern
durch einen kurzen Impuls belastet wird. Bei Verwendung von Impulsen von veränderbarer
Gestalt und Lage (Phase können Alel3werte gewonnen werden, welche Schlüsse über
die Temperatur der Sperrschicht und damit ül)er die \\rärmeal)leitvorgänge am Gleichrichter
zu ziehen gestatten.