DE1153450B - Verfahren zur gleichmaessigen Spannungs-aufteilung in Reihe geschalteter, steuerbarer Halbleiterelemente - Google Patents

Verfahren zur gleichmaessigen Spannungs-aufteilung in Reihe geschalteter, steuerbarer Halbleiterelemente

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DE1153450B
DE1153450B DEL43082A DEL0043082A DE1153450B DE 1153450 B DE1153450 B DE 1153450B DE L43082 A DEL43082 A DE L43082A DE L0043082 A DEL0043082 A DE L0043082A DE 1153450 B DE1153450 B DE 1153450B
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Dr-Ing Klemens Heumann
Dr Phil Dr-Ing Karl Steimel
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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
KL.21d3 2
INTERNATIONALE KL.
H02j;d
L43082Vrab/21d3
ANMELDETAG: 27. SEPTEMBER 1962
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT·. 29. AUGUST 1963
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur gleichmäßigen Spannungsaufteilung in Reihe geschalteter, steuerbarer Halbleiterelemente in einer Tastschaltung.
Eine sogenannte bereits vorgeschlagene Tastschaltung ist in einer Fig. 1 der Zeichnung zur Erläuterung dargestellt, und sie dient insbesondere dazu, z. B. aus einer Energiequelle 1 eine Gleichstrommaschine 2 zu betreiben. Letztere kann, wie beispielsweise dargestellt, eine Hauptschlußwicklung 3 haben. Das Drehmoment bzw. die Drehzahl dieser Maschine wird durch eine intermittierende Energiezufuhr aus der Quelle 1 gesteuert. Das Ein- und Ausschalten des Stromkreises, d. h. die Steuerung des Energieflusses, erfolgt durch steuerbare Halbleiterelemente 4. Die Gleichstrom- 1S maschine 2 erhöht ihre abgegebene Leistung, solange die steuerbaren Halbleiterelemente 4 sich im Durchlaßzustand befinden, und wird aus der Energie einer der Gleichstrommaschine 2 vorgeschalteten Induktivität, z.B. der Hauptschlußwicklung3, mit einem abklingenden Strom gespeist, wenn die steuerbaren Halbleiterelemente 4 gesperrt werden. Es fließt dabei der Strom über die Freilaufdioden 5. Zur Löschung der steuerbaren Halbleiterelemente 4 wird eine an sich bekannte Löschschaltung 6 benutzt.
Bei der noch sehr begrenzten Leistungsfähigkeit der Halbleiterelemente ist es häufig erforderlich, zur Bewältigung größerer Leistungen mehrere davon, wie ebenfalls bereits in der Fig. 1 angedeutet, in Reihe zu schalten. Dabei können jedoch in den einzelnen Zellen infolge ungleichmäßiger Aufteilung der Spannung Überbeanspruchungen in Sperr-oderDurchlaßrichtung auftreten. Es ist zwar an sich bekannt, durch eine geeignete Auslegung der Beschaltung, d. h. einer Spannungssteuerung an den einzelnen Elementen mit Hilfe von ohmschen und kapazitiven Gliedern, die Spannungsbeanspruchung etwa gleichmäßig auf die in Reihe Hegenden Halbleiterelemente zu verteilen. Dennoch können bei in Reihe geschalteten Zellen mit unterschiedlicher Recoveryzeit kurzzeitige Überspannungen an einzelnen Zellen auftreten. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichmäßigen Spannungsaufteilung inReihe geschalteter, steuerbarer Halbleiterelemente in einer Tastschaltung. Erfindungsgemäß arbeiten infolge einer Teilanzapfung der Energiequelle und/oder des Verbrauchers die steuerbaren Halbleiterelemente jedes für sich nur an einer Teilspannung der Gesamtspannung der Anordnung.
Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand der Fig. 2 der Zeichnung dargestellt. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird die Tastschaltung nach Fig. 1 in zwei Tastschaltungen auf-Verf ahren zur gleichmäßigen Spannungsaufteilung in Reihe geschalteter,
steuerbarer Halbleiterelemente
Anmelder:
Licentia Patent-Verwaltungs -G.m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1
Dr. phil. Dr.-Ing. Karl Steimel,
Königstein (Taunus)-Johannisiwald,
und Dr.-Ing. Klemens Heumann, Berlin,
sind als Erfinder genannt worden
geteilt. Es ist dann der Mittelpunkt der Energiequelle 1 mit der Mitte der beiden in Reihe geschalteten Freilaufdioden S verbunden. In dieser Schaltung arbeitet jede der beiden Tastschaltungen an der halben Batteriespannung, wodurch die Spannungsaufteilung automatisch gegeben ist. In diesemFalle sind zweiKondensatoren von der doppelten Kapazität vorzusehen, verglichen mit dem Kondensator der Fig. 1. Da jeder der Kondensatoren in der Fig. 2 jedoch nur für die halbe Betriebsspannung ausgelegt zu sein braucht, dürfte die Baugröße nicht wesentlich steigen.
Die Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung für den Fall, daß die Gleichstrommaschine generatorisch arbeitet und Energie in die Energiequelle zurückspeist. Die Arbeitsweise der ebenfalls bereitsvorgeschlagenenAnordnung nach Fig. 3 läuft so ab, daß sich die Hauptschlußwicklung 3 infolge des Kurzschlußstroms über die steuerbaren Halbleiterelemente 4 und die als Generator arbeitende Gleichstrommaschine 2 mit Energie füllt und diese dann bei gesperrtem Zustand der steuerbaren Halbleiterelemente 4 über Dioden la und Ib in die Energiequelle zurückspeist. Bei den Fig. 2 und 3 entsprechen die gleichartig bezeichneten Bauelemente denen der Fig. 1.
Ein weiterer Vorteil der Tastschaltung mit mittelangezapfter Batterie nach Fig. 2 besteht darin, daß dann, wenn es für die Betriebsverhältnisse des Verbrauchers günstig ist, auch jeweils nur aus einer Batteriehälfte mit halber Spannung gearbeitet werden kann,
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indem man nur eine Tastschaltung in Betrieb setzt. Um eine gleichmäßige Entladung der beiden Batteriehälften zu erreichen, kann man dabei periodisch von der einen auf die andere Batteriehälfte übergehen. Außerdem kann die eine Hälfte der Energiequelle, die, wie bereits angenommen, eine Batterie sein kann, dauernd gezündet werden, und die Regelung des Stromes erfolgt nur mit der anderen Hälfte. Es schwankt dann die Spannung an der Last zwischen Uli und U. Auch in der Schaltung nach Fig. 3 kann die getastete Spannung an der Gleichstrommaschine durch dauerndes Zünden oder Löschen einer Hälfte der Energiequelle und Regeln des Stromes mit der anderen Häute verändert werden.
Die Fig. 4 zeigt eine Tastschaltung, die aus einer Gleichstromquelle 10 über eine Induktivität 11 auf einen Widerstand 12 arbeitet. Es sind wiederum zwei steuerbare Halbleiterelemente 14 in Reihe geschaltet. Ihre Löschung erfolgt durch die Löschvorrichtung 16. Zur zwangläufigen Vergleichmäßigung der Spannungsaufteilung an den steuerbaren Halbleiterelementen 14 ist es lediglich erforderlich, die Mitte der beiden in Reihe geschalteten steuerbaren Halbleiterelemente mit einer Anzapfung des impulsgesteuerten Widerstandes 12 zu verbinden. as
Eine derartige Anordnung ist in Fig. 5 dargestellt. Für den Fall einer Reihenschaltung von mehr als zwei steuerbaren Halbleiterelementen kann die Anzahl der Anzapfungen am Widerstand 12 erhöht werden.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur gleichmäßigen Spannungsaufteilung in Reihe geschalteter, steuerbarer Halbleiterelemente in einer Tastschaltung, dadurch ge kennzeichnet, daß infolge Teilanzapfung der Energiequelle und/oder des Verbrauchers die
35 steuerbaren Halbleiterelemente jedes für sich nur an einer Teilspannung der Gesamtspannung der Anordnung arbeiten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung einer Gleichstrommaschine aus einer Energiequelle eine bereits vorgeschlagene Tastschaltung in zwei Tastschaltungen aufgelöst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelanzapfung der Energiequelle mit der Mitte der Verbindung zweier in Reihe geschalteter Freilaufdioden einer bereits vorgeschlagenen Tastschaltung verbunden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hälfte der Energiequelle mit der in ihrem Stromkreis Hegenden Tastschaltung selbständig mit halber Spannung auf die Gleichstrommaschine arbeitet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tastschaltung dauernd gezündet ist und eine Steuerung der Gleichstrommaschine lediglich mit der zweiten Tastschaltung erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einer Gleichstromquelle impulsgesteuerter Widerstand mit einer Mittelanzapfung versehen wird, die mit der Mitte der Verbindung zweier den Energiefluß der Anordnung steuernde Halbleiterelemente verbunden ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Reihenschaltung mehrerer, den Energiefluß der Anordnung steuernde Halbleiterelemente der impulsgesteuerte Widerstand mit mehreren Anzapfungen versehen wird, die jeweils an die Verbindung der in Reihe geschalteten Halbleiterelemente angeschlossen sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 309 669/116 8.
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