DE1074740B

DE1074740B - Arrangement for rectifying an alternating voltage with control of the direct voltage and direct current power by means of transistors

Info

Publication number: DE1074740B
Application number: DENDAT1074740D
Authority: DE
Inventors: Berlin-Frohnau Dr.-Ing. Robert Jötten
Original assignee: LICENTIA Patent-Verwaltungs-G. m.b.H., Frankfurt/M
Publication date: 1960-02-04

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Steuerung von Gleichstromleistungen mit dem Transistor findet ihre Anwendungsgrenze zur Zeit darin, daß das Produkt Strom mal Spannung am Transistor eine Verlustleistung darstellt, die für einen gegebenen Typ begrenzt ist und auch bei Entwicklung von Einheiten, die eine hohe Verlustleistung abführen können, vom wirtschaftlichen Standpunkt aus unerwünscht ist.The control of direct current power with the transistor finds its application limit at the moment in the fact that the product of current times voltage across the transistor represents a power loss that for a given type is limited and also with the development of units that dissipate high power dissipation can, is undesirable from an economic point of view.

Es ist bekannt, den Transistor in der Weise zu betreiben, daß sein Aussteuerungszustand zwischen voller Öffnung und voller Sperrung in sehr kurzer Zeit geändert wird. In dieser Betriebsweise wird er als »Schalttransistor« bezeichnet. Da die Verluste in den beiden Grenzlagen am geringsten sind und nur einen Bruchteil des Wertes betragen, der sich bei Teilaussteuerung ergibt, lassen sich mit dem gleichen Muster höhere Leistungen schalten, als stetig steuern. Ferner ist bekannt, daß Gleichstromleistungen, die über Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz entnommen werden, dadurch mit gutem Wirkungsgrad gesteuert werden können, daß der Phasenwinkel des dem Netz entnommenen Wechselstroms im Verhältnis zur Wechselspannung geändert wird, sei es durch vormagnetisierte Drosseln oder durch Zündzeitpunktverschiebung bei gittergesteuerten Quecksilberdampfgleichrichtern. It is known to operate the transistor in such a way that its modulation state is between full Opening and full blocking is changed in a very short time. In this operating mode it is called "Switching transistor" called. Because the losses in the two border areas are the lowest and only one Fraction of the value that results from partial modulation can be used with the same Patterns switch higher powers than constantly control. It is also known that DC powers that can be taken from an alternating current network via a rectifier, thus with a high degree of efficiency can be controlled that the phase angle of the AC current drawn from the network in proportion to the alternating voltage is changed, be it by pre-magnetized chokes or by shifting the ignition timing with grid-controlled mercury vapor rectifiers.

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Transistoren steuerbare, vorzugsweise mehrphasige Gleichrichteranordnung mit dem Kennzeichen, daß mit einem ungesteuerten Ventil jeweils ein durch Strom-Mitkopplung als Schaltglied ausgebildeter Transistor in Reihe liegt und der letztere durch VerschiebungThe invention relates to a preferably polyphase rectifier arrangement which can be controlled with transistors with the characteristic that with an uncontrolled valve each one by current feed-forward designed as a switching element transistor is in series and the latter by displacement

des Zeitpunktes des die Kippung auslösenden-Signals the time of the signal that triggers the tilt

mit Bezug auf die Phasenlage der speisenden Wechselspannung gesteuert wird.with reference to the phase position of the feeding AC voltage is controlled.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, mittels ungesteuerter Ventile und Transistoren die Steuerung einer Gleichstromleistung zu bewerkstelligen, wobei die Transistoren als gesteuerte Schalter arbeiten sollen.The invention is therefore based on the object by means of uncontrolled valves and transistors To accomplish control of a direct current power, the transistors act as controlled switches should work.

Die beschriebene Anordnung erweitert den mit Transistoren zu beherrschenden Leistungsbereich beträchtlich, läßt auch bei der zu erwartenden Entwicklung größerer Einheiten wirtschaftliches Arbeiten zu und ermöglicht Spannungsumkehr und Energierücklieferung ins Wechselstromnetz.The arrangement described extends the power range to be controlled with transistors considerably, allows economic work even with the expected development of larger units and enables voltage reversal and energy return to the AC grid.

Fig. 1 zeigt das Prinzip am Beispiel einer Zweiphasenschaltung. Es sind pnp-Transistoren angenommen, die beispielsweise in Emitter-Schaltung verwendet werden. Die Leistungstransistoren 1 liegen in Reihe mit den ungesteuerten Ventilen 2, die an den Netztransformator 3 angeschlossen sind. Der Wandler 4 (Fig. 2), dessen auf einem Kern angeordnete Wicklungen 4_X bis 4₄ in dem Schaltbild getrennt dar-Anordnung zur GleichrichtungFig. 1 shows the principle using the example of a two-phase circuit. PNP transistors are assumed which are used, for example, in an emitter circuit. The power transistors 1 are in series with the uncontrolled valves 2, which are connected to the mains transformer 3. The converter 4 (Fig. 2), whose windings 4 _X to 4 ₄ , which are arranged on a core, are shown separately in the circuit diagram for rectification

einer Wechselspannungan alternating voltage

mit Steuerung der Gleichspannungwith control of the DC voltage

und Gleichstromleistungand DC power

mittels Transistorenby means of transistors

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1LICENTIA Patent Administration - G. m. B. H., Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1

Dr.-Ing. Robert Jötten, Berlin-Frohnau,
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Robert Jötten, Berlin-Frohnau,
has been named as the inventor

gestellt sind, liefert den Strom-Mitkopplungsimpuls über das Ventil 5 auf den Einstellwiderstand 6. Der letztere wird so eingestellt, daß der Transistor bei negativer Spannung an der Basis und richtiger Polarität der treibenden Wechselspannung in den voll geöffneten Zustand kippt, also als Schalttransistor arbeitet. Der Rückkopplungswandler 4 ist in Fig. 2 mit gleichlautender Bezeichnung seiner Wicklungsenden nochmals herausgezeichnet. Ventil 5 hält die Spannung in Sperrichtung von der Basis-Emitter-Strecke fern. Mit 15 ist der Verbraucher bezeichnet. — Die Anordnung läßt sich mit in der Phase schwenkbaren Impulsspannungen der Impulsspannungsquellen 7 steuern, wie es vom Quecksilberdampfgleichrichter her bekannt ist. Es ist auch möglich, mit der Impulsspannungsquelle 7 eine sägezahnähnliche Spannung fester Phasenlage zuzuführen und die Steuerungen mit einer Gleichspannung U_st der Gleichspannungsquelle 9 auszuführen, wie dies ebenfalls schon beschrieben ist.are set, supplies the current feedforward pulse via the valve 5 to the setting resistor 6. The latter is set so that the transistor flips into the fully open state when the voltage at the base is negative and the polarity of the driving AC voltage is correct, i.e. it works as a switching transistor. The feedback converter 4 is shown again in FIG. 2 with the same designation of its winding ends. Valve 5 keeps the reverse voltage away from the base-emitter path. With 15 the consumer is referred to. The arrangement can be controlled with the pulse voltages of the pulse voltage sources 7, which can be pivoted in phase, as is known from the mercury vapor rectifier. It is also possible to supply a sawtooth-like voltage with a fixed phase position with the pulse voltage source 7 and to carry out the controls with a direct voltage U _{st of} the direct voltage source 9, as has also already been described.

Eine Variante der beschriebenen Anordnung zeigt Fig. 4. Hier ist jedem Leistungstransistor 1 ein im allgemeinen kleinerer Hilfstransistor 11 zugeordnet, dessen Basis jeweils von der zugehörigen Impulsspannungsquelle 7 eine Impuls- bzw. Sägezahnspannung zugeführt wird. Der Hilfstransistor arbeitet als Spannungsverstärker mit der Hilfsspannungsquelle 10 und dem Arbeitswiderstand 8. Der Leistungstransistor öffnet, wenn der Hilfstransistor gesperrt wird und damit das Potential des Punktes P in negativer Richtung ansteigt. Die notwendige Strom-Mitkopplung, die das Kippverhalten bewirken soll, geschieht dadurch, daß dem Emitter des Hilfstransistors 11 eine anA variant of the described arrangement is shown in FIG. 4. Here, each power transistor 1 is assigned a generally smaller auxiliary transistor 11, the base of which is supplied by the associated pulse voltage source 7 with a pulse or sawtooth voltage. The auxiliary transistor works as a voltage amplifier with the auxiliary voltage source 10 and the load resistor 8. The power transistor opens when the auxiliary transistor is blocked and thus the potential of the point P rises in the negative direction. The necessary current positive feedback, which is intended to cause the tilting behavior, occurs in that the emitter of the auxiliary transistor 11 has a

909 728/234909 728/234

dem niederohmigen Kopplungswiderstand 12 passend eingestellte, dem Hauptstrom proportionale Rückkopplungsspannung zugeführt wird. Auch für diese Schaltung sind die beiden obenerwähnten Steuerverfahren anwendbar. Die Erweiterung der beiden Schaltungen auf mehrphasige Schaltungen mit gerader Phasenanzahl macht keine Schwierigkeiten. Bei dem im Anschluß an Fig. 1 beschriebenen Beispiel wird für je zwei um 180° versetzte Phasen ein Rückkopplungswandler angeordnet. Beträgt die Phasenzahl drei, so kann man den Rückkopplungswandler mit Dreischenkelkern und Anordnung der Wicklungen nach Fig. 3 ausführen.the low-impedance coupling resistor 12 adjusted to match the main current proportional feedback voltage is fed. The two control methods mentioned above are also used for this circuit applicable. The extension of the two circuits to multi-phase circuits with even The number of phases does not cause any difficulties. In the example described in connection with FIG A feedback converter is arranged for every two phases offset by 180 °. Is the number of phases three, so you can use the feedback converter with three-legged core and arrangement of the windings execute according to FIG. 3.

Mit der dargestellten Anordnung wird erreicht, daß für jeden Schenkel der Mittelwert der Primär durchflutung, der Mittelwert der Sekundärdurchfiutung und der Mittelwert der Gesamtdurchflutung zu Null wird.With the arrangement shown it is achieved that for each leg the mean value of the primary flow, the mean value of the secondary flow and the mean value of the total flow become zero.

Die oben schon erwähnte Möglichkeit, im Wechselrichterbetrieb Energie an das Wechselstromnetz zurückzuliefern, folgt ohne weiteres daraus, daß die Reihenschaltung von Schalttransistor 1 und Ventil 2 die Sperrspannung in der gleichen Weise aufnimmt, wie dies beim Quecksilberdampfgleichrichter die Entladungsstrecke tut. Das Ventil 2 nimmt am Ende der Kommutierung die negative, d. h. der Stromflußrichtung entgegengerichtete Sperrspannung auf. Der Transistor 1 nimmt, bevor er leitend wird, die Spannung in Durchlaßrichtung des Ventils 2 auf. Ist der Transistor 1 durch einen Impuls »gezündet«, so bleibt er wegen der Strom-Mitkopplung so lange leitend, bis der Strom im Ventilzweig 1, 2 auf Grund der Spannungs- und Reaktanzverhältnisse in der Schaltung auf Null kommutiert worden ist.The above-mentioned possibility of returning energy to the AC grid in inverter operation, it follows without further ado that the series connection of switching transistor 1 and valve 2 absorbs the reverse voltage in the same way as the discharge path in the mercury vapor rectifier does. At the end of the commutation, the valve 2 takes the negative, i.e. H. the direction of current flow opposite reverse voltage. The transistor 1 takes the voltage before it becomes conductive in the direction of passage of the valve 2. If transistor 1 is "ignited" by a pulse, it remains because of the current positive feedback until the current in the valve branch 1, 2 due to the Voltage and reactance ratios in the circuit has been commutated to zero.

Claims

Claims: 35

1. With transistors controllable, preferably polyphase rectifier arrangement, characterized in that with an uncontrolled valve each one trained by current feed-forward as a switching element transistor is in series and the latter by shifting the time of the triggering signal with reference to the phase position of feeding AC voltage is controlled.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the current positive feedback a feedback converter (4) takes place, which is primarily in push-pull of two offset by 180 ° Phase currents is excited and secondarily in push-pull via two valves (5) the positive feedback voltage transmits to a resistor (6) in the base circuit of the transistor to be controlled.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that three offset by 120 ° Phases a converter with a three-limb core is provided with the primary and secondary winding are cyclically symmetrically divided on two legs for each phase, so that for each Schenkel is the mean value of the primary flow over time, the mean value of the secondary flow over time and the time average of the total flow has the value zero.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that a current positive feedback galvanically via an auxiliary transistor (11), between its base and the negative pole of the Rectifier arrangement, the main transistor opening signal is fed and its Emitter as control electrode for the supply of a setting resistor (12) in the emitter lead the main transistor (1) tapped feedback voltage is used.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the control by in the Phase pivotable pulses of a pulse voltage source (7) takes place.

6. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the control electrodes of the main and / or auxiliary transistor is supplied with a pulse voltage of suitable phase position with a preferably sawtooth-shaped curve and the control is carried out by a superimposed direct voltage (JJ _S f) which is between the negative pole the rectifier arrangement and the point common to the pulse voltage sources (7) is inserted.

Considered publications:
Proceedings of the IRE, November 1952, p. 1510; AIEE-Transactions, March 1955, p. 142;
Funk and Ton, 1954, No. 10, p. 553;
Elektronik, 1956, No. 10, pp. 271/272;
AEÜ, Vol. 7 (1953), p. 317.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings