DE1077708B - Einrichtung zur kontinuierlichen Steuerung der einem von einer pulsierenden Spannung gespeisten Verbraucherstromkreis zugefuehrten Leistung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur kontinuierlichen Steuerung der einem von einer pulsierenden Spannung gespeisten Verbraucherstromkreis zugeführten Leistung. Hierzu werden starkleitende Halbleiterdioden verwendet.

Unter solchen vorgeschlagenen Dioden sind elektrische Elemente zu verstehen, bei denen bei Überschreiten einer bestimmten Größe des Stromes und der Spannung in Sperrichtung plötzlich der Sperrwiderstand verschwindet und auch bei Verringerung der Spannung auf einen kleineren Wert ein Strom fließen kann, solange der Strom über einem bestimmten Schwellwert liegt und eine Spannung vorhanden ist. Bei Unterschreiten dieses Schwellwertes oder Fortfall der Spannung in Sperrichtung, wird die Diode wieder gesperrt für den Strom in Sperrichtung. Die genannte Wirkungsweise hat nichts mit dem Zener- oder dem Avalanche-Effekt zu tun. Das vorgenannte Betriebsverhalten der starkleitenden Halbleiterdiode kann beliebig oft erreicht werden. Eine solche starkleitende Halbleiterdiode mit steuerbarer Durchbruchscharakteristik ist bereits vorgeschlagen worden und enthält eine erste Basis, die aus einem halbleitenden Element besteht, das zur Erzeugung eines N- oder P-Halbleitertyps mit entsprechenden Unreinheiten versetzt ist. Auf dieser ersten Basis ist ein Emitter aufgebracht, der aus halbleitendem Material von jeweils entgegengesetztem Halbleitertyp besteht. Der Emitter kann aus der Legierung einer mit Verunreinigungen versetzten Pille mit einem Plattchen vom gleichen halbleitenden Material wie die erste Basis bestehen. Der Anschluß an den Emitter erfolgt an der Zone zwischen der ersten Basis und dem Emitter. Zum leichten Anschluß der Diode an einen elektrischen Stromkreis ist vorzugsweise eine Schicht aus Silber oder anderem gut leitendem Material mit der Oberfläche des Emitters durch Aufschmelzen, Legieren oder Löten in innige Verbindung gebracht. Kupferdrähte können dann beispielsweise leicht mit dieser Schicht verlötet werden. Eine zweite Basis von entgegengesetztem Halbleitertyp schließt sich an die erste Basis an. Die Berührungszone zwischen der ersten und zweiten Basis bildet die Kollektorverbindung. Unmittelbar auf die zweite Basis ist eine Metallmasse aufgeschmolzen, gelötet, legiert oder 4-5 sonstwie fest aufgebracht, die als Trägerquelle dient und wesentlich das Betriebsverhalten der Diode mitbestimmt. Die Metallmasse kann elektrisch neutral sein oder dieselben Verunreinigungszusätze wie die zweite Basis haben.

Die Stromspannungscharakteristik einer solchen Diode ist in Fig. 2 dargestellt. Im oberen rechten (ersten) Quadranten steigt der Strom bei Erreichen einer bestimmten Spannung in Durchlaßrichtung Einrichtung zur kontinuierlichen Steuerung der einem von einer pulsierenden

Spannung gespeisten

Verbraucherstromkreis

zugeführten Leistung

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohxt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 4. Oktober 1957

Earl R. Hill, Cincinnati, Ohio,
und Robert L. Klar jun., Madeira, Cincinnati, Ohio

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

plötzlich steil an, so daß bei Auftreten einer Spannung von beispielsweise einer Spannungseinheit (1 Volt) ein Strom von annähernd drei Stromeinheiten (Ampere) auftritt. Wenn die Spannung an der Diode 50 umgepolt wird, so tritt bis zum Erreichen einer Spannung in Sperrichtung von beispielsweise fünfundfünfzig Spannungseinheiten (Volt) praktisch kein Strom in Sperrichtung auf. Bei Überschreiten der genannten Durchbruchsspannung wird die Diode plötzlich in der Sperrichtung leitend, und die Spannung fällt annähernd auf eine Spannungseinheit ab, wie dies im linken unteren (dritten) Quadranten gestrichelt dargestellt ist. So wird also die Diode plötzlich leitend und weist nur mehr einen geringen ohmschen Widerstand in Sperrichtung auf, der einen plötzlichen Stromanstieg des Stromes in Sperrichtung auf mehrere Stromeinheiten zuläßt. Es ist dabei nur eine geringe Energie zur Aufrechterhaltung der großen Leitfähigkeit in Sperrichtung notwendig. Durch Verminderung des Stromes unter einen bestimmten Schwellwert bei einer Spannung unterhalb der Durchbruchsspannung, kann die Diode in Sperrrichtung wieder den vorherigen Sperrwiderstand annehmen.

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Die Veränderung des Widerstandswertes der Diode in Sperrichtung kann beliebig oft wiederholt werden durch passende Steuerung der Größe des Stromes und der Spannung in Sperrichtung.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbraucherstromkreis als steuerbares Sperrglied eine starkleitende Halbleiterdiode mit höherer Durchbruchsspannung als die pulsierende Speisespannung angeordnet ist und in Sperrichtung von einer synchronen pulsierenden S teuer spannung mit einem in Durchbruchsspannung übersteigenden Scheitelwert beaufschlagt ist, deren Phasenlage durch phasensteuernde Mittel gegen die Speisespannung stufenlos verstellbar ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Hierbei sind die Stellen gleicher Augenblickspolarität in den Primär- und Sekundärkreisen der verwendeten Transformatoren durch Punkte angedeutet.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung nach der Erfindung besitzt wechselstromgespeiste Eingangsklemmen 10 und 11. an die einerseits unter Vorschalten einer an sich bekannten phasensteuernden Einrichtung 34, die Primänvicklung 32 eines Transformators 30 und andererseits über eine mechanische Schalteinrichtung 12 die Primänvicklung 21 eines Transformators 20 angeschlossen sind. Die auf dem Kern 22 angeordnete Sekundärwicklung 23 des Transformators 20 ist an die Eingangspole eines Vollweggleichrichter 40 angeschlossen, an dessen Gleichstrompole ein Stromkreis geschaltet ist, der einen in Durchlaßrichtung angeordneten Sperrgleichrichter 51, eine Klemme 53, eine in Sperrichtung angeordnete starkleitende Halbleiterdiode 60, eine Klemme 71, eine Ausgangsimpedanz oder Last 70 sowie eine Klemme 72 enthält. Die Last 70 liegt dabei zwischen den Klemmen 71 und 72. von denen die letztere geerdet ist. Die auf dem Kern 31 angeordnete Sekundärwicklung 33 des anderen Transformators 30 ist mit der Klemme 71 unmittelbar und mit der Klemme 53 durch einen Sperrgleichrichter 52 verbunden. Dieser Sperrgleichrichter hat in bezug auf den die Diode 60 einschließenden Stromkreis eine deren Sperrichtung entgegengesetzt gerichtete Sperrichtung.

Entsprechend der vorerwähnten Wirkungsweise der Diode 60 ist die Wirkungsweise nach der Anordnung der Fig. 1 folgende:

Durch die Sekundärspannung der Wicklung 33 des Transformators 30 wird in jeder Halbwelle in Durchlaß richtung des Sperrgleichrichters 52 (Klemme 10 positiv gegen Klemme 11) die Diode 60 geöffnet, wenn die Größe dieser Sekundärspannung die Durchbruchsspannnng der Diode überschreitet. In der anderen Halbwelle kann wegen des Sperrgleichrichters 52 kein Strom über die Diode 60 fließen, so daß diese gesperrt bleibt.

W^Tenn nun der Schalter 12 geschlossen ist, wird auf der Sekundärseite des Transformators 20 eine Wechselspannung induziert, die durch den Volhveggleichrichter 40 in eine pulsierende Gleichspannung verwendet wird. Die Halbwellen, die bei positiver Klemme 10 auftreten, können wegen der auf obige Weise geöffneten Diode 60 die Last 70 speisen. Somit wird die Last 70 stets im Takt der Eingangswechselspannung bei geschlossenem Schalter 12 gespeist.

Die phasensteuernde Einrichtung 34 erlaubt die stufenlose Einstellung des Phasenwinkels der der Diode 60 zugeführten Steuerimpulse und damit eine stufenlose Veränderung des Öffnungszeitpunktes der Diode 60 gegenüber der Halbwelle der die Last 70 speisenden Spannung am Ausgang des Gleichrichters 40.

Die Primärwicklung 32 des Transformators 30 kann auch mit einer gesonderten Steuerquelle verbunden sein, wenn diese die gleiche Frequenz wie die die Last 70 speisende Spannung hat.

In diesem Fall kann bei Anschluß einer pulsierenden Halbwellengleichspannung an die Klemmen 10 und 11 der Vollweggleichrichter 40 entfallen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur kontinuierlichen Steuerung der einem von einer pulsierenden Spannung gespeisten Verbraucherstromkreis zugeführten Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbraucherstromkreis (70) als steuerbares Sperrglied eine starkleitende Halbleiterdiode (60) mit höherer Durchbruchsspannung als die pulsierende Speisespannung angeordnet ist und in Sperrichtung von einer synchronen pulsierenden Steuerspannung mit einem die Durchbruchsspannung übersteigenden Scheitelwert beaufschlagt ist, deren Phasenlage durch phasensteuernde Mittel (34) gegen die Speisespannung stufenlos verstellbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierenden Speise- und Steuerspannungen gesonderten wechselstromgespeisten Transformatoren (20, 30) mit in den Sekundärkreisen angeordneten Gleichrichtern (52; 40 und 51) entnommen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter im Sekundärkreis des den Verbraucherstromkreis speisenden Transformators (20) als Doppelweggleichrichter (40) mit nachgeschaltetem Einweggleichrichter (51), der andere als Einweggleichrichter (52) ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Transformatoren primärseitig an eine gemeinsame Wechselspaunungsquelle angeschlossen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Speisespannung liefernde Transformator (20) mit der gemeinsamen Wechselspannungsquelle (10,11) über einen Schalter (12) verbunden ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die phasensteuernden Mittel im Primärkreis des die Steuerspannung liefernden Transformators (30) angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©909 760/277 3.60