DE1073617B - Schutzschaltung für Transistoren im Wechselrichterbetrieb - Google Patents

Schutzschaltung für Transistoren im Wechselrichterbetrieb

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DE1073617B
DE1073617B DENDAT1073617D DE1073617DA DE1073617B DE 1073617 B DE1073617 B DE 1073617B DE NDAT1073617 D DENDAT1073617 D DE NDAT1073617D DE 1073617D A DE1073617D A DE 1073617DA DE 1073617 B DE1073617 B DE 1073617B
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DE
Germany
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transistors
inverter
capacitor
transformer
protection circuit
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Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DENDAT1073617D
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English (en)
Inventor
Berlin-Charlottenburg Dipl.-Ing. Hellmuth Böhm
Original Assignee
LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt/M
Publication date
Publication of DE1073617B publication Critical patent/DE1073617B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5383—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a self-oscillating arrangement
    • H02M7/53832—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a self-oscillating arrangement in a push-pull arrangement
    • H02M7/53835—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a self-oscillating arrangement in a push-pull arrangement of the parallel type

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Description

DEUTSCHES
Neuerdings werden Transistoren im Wechselrichterbetrieb eingesetzt, um aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung für verschiedene Anwendungsgebiete zu erzeugen. Ein sehr großes Anwendungsgebiet ist die Zugbeleuchtung mit Leuchtstofflampen, da die meist zur Verfügung stehende Gleichspannung von 24 bis HOV nicht ausreicht, normale, netzmäßige Leuchtstofflampen mit 220 V zu betreiben. Andererseits ist man bei Gleichstronibahnen bestrebt, diese normalen Leuchtstofflampen aus dem Fahrdraht zu speisen, was jedoch nur mit der umständlichen Serienschaltung zu erzielen ist. Zur vollen Ausnutzung der hohen Liditausbeute der Leuchtstofflampen kommt man erst dann, wenn diese aus dem Gleichstromnetz über einen Wechselrichter mit einer Wechselspannung von etwa 220 V mit Vorschaltdrosseln versorgt werden. Die Verluste in den Vorschaltwiders'tänden werden hierbei vollständig erspart.
Außer der Zugbeleuchtung gibt es noch eine Reihe von weiteren Anwendungsgebieten für solche Wechselrichter, z. B. die Notstromversorgung in Fernmeldeanlagen aus Batterien, die Speisung der Notbeleuchtung in elektrischen Zentralen sowie die LeuahtS'tromversorgutig auf Schiffen und ähnliches mehr.
Bisher wurden solche Anlagen mit rotierenden Umformern versorgt, die zugunsten von mechanischen Zerhackern immer mehr wegen des weit höheren Wirkungsgrades der Zerhacker zurückgedrängt worden sind. Unter den Zerhackern hat der Quecksilberstrahl-Wechselrichter wegen seines robusten Aufbaues und seines hohen Wirkungsgrades eine gewisse Bedeutung erlangt, jedoch ist seine Arbeitsweise elektromachanischer Natur. Die Anwendung des Transistors oder eines Halbleiterwechselrichters ist wegen des ebenfalls hohen Wirkungsgrades und des Fortfalls jeglicher mechanischer Teile daher naheliegend und erwünscht. Leider ist der Halbleiterwechselrichter außerordentlich empfindlich gegen Überspannungen, die bei nur einmaligem Auftreten zur sofortigen Zerstörung des Gerätes führen.
Die Überspannungen, die in einem Wechselrichter mit Transformator-Drosselspulen und ähnlichen Schaltungen auftreten können, haben ihre Ursache in einer Störung der zyklischen Magnetisierung des Transformators, der Drosselspulen und der anderen Verbrauoher mit Eisenkern. Sie können durch Schaltvorgänge, aber auch durch den Halbleiterwechselrichter selber verursacht werden. Sie sind deswegen so gefährlich, weil sie sich bei einem einzigen Anstoß progressiv aufschaukeln können.
Der Gegenstand der Erfindung ist, diese Überspannung bzw. Störung der Magnetisierung durch geeignete elektrotechnische Maßnahmen zu vermeiden. Die Erfindung betrifft also eine Schutzschaltung für Tran-Schutzschaltung für Transistoren
im Wechselrichterbetrieb
Anmelder:
LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1
Dipl.-Ing. Hellmuth Böhm, Berlin-Charlottenburg,
ist als Erfinder genannt worden
sietoren im Wechselrichterbetrieb gegen Überspannungen. Die Aufgabe ist dadurch gelöst, daß der Wechselriichterbransformator auf der Primärseite und/oder Sekundärseite durch eine Kondensator-Widerstands-Kombination überbrückt ist, wobei Transformator, Kondensator oder Kondensatoren und Widerstand oder Widerstände so abgestimmt sind, daß der Kreis sich dem aperiodischen Zustand nähert.
Die Erfindung sei an Hand der Figuren erläutert.
In Fig. 1 zeigt der linke Teil 1 einen Wechselrichter mit zwei Transistoren in Gegentaktschaltung, der für die Speisung von Leuchtstofflampen RL dienen soll. Hierin stellt TS zwei Transistoren oder Halbleiterwechselrichter, T den Wecbselrichtertransformatoc, HG zwei Halbleitergleichrichter oder Trockengleichrichter, C einen Elektrolytkondensator und Rs einen veränderlichen Widerstand dar.
Bei normalem Betrieb und normaler Belastung besteht für die Transistoren keine Gefahr, da alle Vorgänge eingeschwungen sind. Eine sehr große Gefahr besteht jedoch im Leerlauf, wenn z. B. der Transistor noch nicht die volle Frequenz entwickelt hat oder wenn der elektronische Sahaltvorgang durch eine hier nicht zu erläuternde Ursache verzögert wird. Es treten dann bei der Ablösung der beiden Transistoren bei unzweckmäßiger Schaltungsauslegung Überspannungsspitzen auf, deren Spannungszeitflächen sich zur Spannungszeitfläche der folgenden Halbperiode addieren und so den Transformator in den Sättigungszustand hineintreiben können. Wie der Vorgang sich abspielt, wenn Primär- oder Sekundärseite des Wechselrichtertransformators lediglich von einem Kondensator überbrückt sind, wird mit Fig. 2 an Hand der Magnetisierungskennlinie des Wechselriahtertransformators, wo Induktion B über magnetischer Feldstärke H aufgetragen ist, näher erläutert.
909 710/2«.
Bei geschlossenem Transistor durchläuft die Hysteresisschleife, z. B. die Strecke 1... 6; im Eisenkern ist dann der Verlust entsprechend der Fläche α aufgetreten. In 6 soll der Transistor öffnen, die vom Eisenkern an den Kondensator zurückgegebene Energie (entsprechend ABb) wird durch die Fläche b dargestellt. Im Punkt 7 hat der Kondensator die gesamte Energie aus dem Eisenkern übernommen und gibt sie als gedämpften Schwingungsvorgang nach Umkehr der Stromrichtung wieder an den Transformator (Fläche c und Induktion Δ Bc) zurück. Angenommen, der Folgetransistor soll im Punkt 8 schließen, so ist eine beträchtliche Verschiebung für den Ausgangspunkt der von der Netzspannung herrührenden Induktionsänderung A B aufgetreten. Letztere dürfte den Sättigungspunkt 1 nicht überschreiten. Wird dieser um ein geringfügiges überschritten, so schaukelt sich der Vorgang durch die hinzukommende Induktionsänderung A B0 weiter auf. Die Sättigungspunkte 1 und 6 verschieben sich bei jedem Wechsel weiter nach links bzw. nach rechts, bis der ohmsche Kurzschlußstrom erreicht ist.
Die mit den Primärströmen verbundenen Überspannungsspitzen werden also> mit jeder Ummagnetisierung größer und können mehr als das zehnfache der normalen Betriebsspannung erreichen. Ein bekanntes Mittel bei Zerhackern ist, diese Überspannungsspitzen durch einen Trockengleichrichter abzufangen und als Energie in die Gleichspannungsquelle zurückzuführen. Bekannt geworden sind solche Schaltungen für medianische Zerhacker durch die deutschen Patente 927 162 und 961 731. Man muß hierbei beachten, daß in dem Gleichstromkreis keine Induktivitäten liegen, damit der Gleichstromkreis auch fähig ist, den auftretenden Rückstrom aufzunehmen. Zweckmäßig überbrückt man daher die Gleichstromseite mit einem Elektrolytkondensator von ausreichender Größe.
Leider bringen diese zusätzlichen Halbleiterventile eine sehr große Unsicherheit in die Arbeitsweise eines Halbleiterwechselrichters, da sie selbst sehr anfällig sind und bei ihrem Versagen, z. B. bei falscher Polung, ein Versagen des Wechselrichters nach sich ziehen.
Der Gedanke der Erfindung ist daher, Halbleiter zum Schutz solcher Wechselrichter völlig zu vermeiden. Ein Beispiel der Erfindung ist, den Transformator auf der Primärseite oder Sekundärseite mit einem Kondensator und Widerstand so zu überbrücken, daß einerseits der Überschwingvorgang des Wechselrichters sichergestellt ist und daß andererseits Überspannungen völlig vermieden werden. Diese Einrichtung (siehe rechter Teil 2 der Fig. 1) hat den Vorteil, daß sie im Gegensatz zu Ventilzellen wesentlich billiger und betriebssicherer ist. Der Schwingkondensator C1 muß dabei so ausgelegt werden, daß er den Überscihwingvorgang beim Wechsel der Transistoren im Leerlauf richtig bewirkt und daß andererseits der Schwingwiderstand Rl so groß gewählt wird, daß die aus dem Gleichgewicht gebrachte zyklische Magnetisierung des Transformators bei einer Störung auf den richtigen Wert abgebaut wird. Transformator T, Überschwingkondensator C1 und Widerstand R1 sind dabei so abgestimmt, daß der Kreis sich dem aperiodischen Zustand nähert. LI und L3 stellen Drosseln und C 2 einen Kompensationskondensator dar.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Schutzschaltung für Transistoren im Wechselrichterbetrieb gegen Überspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselxiahtertransformator auf der Primärseite und/oder Sekundärseite durch eine Kondensator-Widerstands-Kombination überbrückt ist, wobei Transformator, Kondensator oder -Kondensatoren und Widerstand oder Widerstände so abgestimmt sind, daß der Kreis sich dem aperiodischen Zustand nähert.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    ©909 710/249 1.60
DENDAT1073617D Schutzschaltung für Transistoren im Wechselrichterbetrieb Pending DE1073617B (de)

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Publication Number Publication Date
DE1073617B true DE1073617B (de) 1960-01-21

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DENDAT1073617D Pending DE1073617B (de) Schutzschaltung für Transistoren im Wechselrichterbetrieb

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DE (1) DE1073617B (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1193594B (de) * 1961-04-26 1965-05-26 Gen Electric UEberspannungsschutz
US3257604A (en) * 1961-07-07 1966-06-21 Westinghouse Electric Corp Inverter
US3550036A (en) * 1968-08-20 1970-12-22 Intron Int Inc Oscillator with push-pull-connected semiconductor elements
DE2747115A1 (de) * 1977-10-20 1979-04-26 Praezisa Ind Elektronik Wechselrichter-leerlaufschutzabschaltung

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