DE1413509A1

DE1413509A1 - System zum gleichzeitigen Zuenden gesteuerter Gleichrichter

Info

Publication number: DE1413509A1
Application number: DE19631413509
Authority: DE
Inventors: Diebold Edward John
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 1962-11-05
Filing date: 1963-11-05
Publication date: 1968-12-12
Also published as: NL146663B; JPS5328738B1; DE1413509B2; NL300111A; GB989325A; SE311399B; US3267290A

Description

MÜNCHEN. DBN 5 β 11 .196 3

»ζ», «τ.-»..: 6983 - Kb/BI

INTERNATIONAL RtDCTIPIER CORPORATION, El Segundo, California ,USA

System zum gleichzeitigen Zünden gesteuerter Gleichrichter,

iDr.ExpITf

Die Erfindung betrifft ein System von steuerbaren Gleichrichtern für sehr hohe Spannungen und insbesondere ein Hochspannungssystem mit steuerbaren Gleichrichtern für Spitzenrück- und Spitzenvorwärtsspannungen von über 10 000 Volt, wobei typische Spannungswerte in der Größenordnung von 50 000 bis 60 000 YoIt liegen.

Um ein mit sehr hoher Spannung arbeitendes System von gesteuerten Gleichrichtern zu schaffen» werden dieselben Mittel wie bei solchen Hochspannungsgleichrichtersystemen verwendet, bei ä denen einzelne steuerbare Gleichrichter in Serie geschaltet sind.

Steuerbare Gleichrichter mit einer Nennspannung von etlichen 100 Volt sind z*Zt. verfügbar» während auch besondere Einheiten mit Nennspannungen in der Größenordnung von 1 000 Volt verfügbar sind. Wenn ein System eine Nennspannung von mehr als 10 000 Voll, maximaler Spitzenrüokspannung haben soll» ist es notwendig,

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wenigstens zehn solche Einheiten in Serie zu schalten.

Bei der Verwendung von Einheiten geringerer Spannung oder wenn eine höhere Ausgangsspannung; verlangt ist, dann sind mehr als 10 Serienelemente erforderlich· Gegenwärtig verlangen viele Anwendungsarten mehrere 100 in Serie geschaltete steuerbare Gleichrichter. Wenn solche steuerbaren Gleichrichter in Serie geschaltet ^ werden, ersciieinen viele der beim in Reihe-Schalten einer großen Anzahl normaler Gleichrichter auftauchenden Probleme wieder und ' es können dieselben Lösungen füx* diese wohlbekannten Probleme verwendet werden.

Es ist beispielsweise notwendig, die stationäre Gegenspannung ' und die Ausgleichesuannung zwischen den Anoden- und Kathoden—-¹ kreisen von jedem Element zu trennen« Zu diesem Zweck kann die ■ ■ übliche Parallelverbindung von Widerstand und Kondensator" £ürc jedes Clement in Systemen mit steuerbaren Gleichrichtern unitiL-tielbar verwendet werden, wie dies bei normalen Gleichrichtersystemen üblich war." - ' -■ ■■"■ ^v ·'■ - '■ ■ ■ '' ■·- .·.·-.'·-irfi? V

Ia I¹SlIe eines Systems mit steuerbaren GIeiohricii-iferri-^irkii d±e Widerstand-Kondensator-Schutzanordnung wie gewünsch-t Swsh in Forwärtsrichtung. ^; λ ::

Bei dem Kreis uiit steuerbaren Gleichrichtern tritt jedoch dae ernste zusätzliche Problem des gleichzeitigen Anschaltens aller

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steuerbaren Gleichrichter auf« Wenn nicht alle Gleichrichter zur gleichen Zeit angeschaltet werden, liegt offensichtlich die ganze Speisespannung an der letzten anzuschaltenden Einheit, wobei diese außerordentlich hohe.Spannung zur Zerstörung des Elementes ausreichend sein kann. Beim nächsten Arbeitsgang wird . ein anderer steuerbarer Gleichrichter als letzter eingeschaltet und seinerseits zerstört, wobei die ganze Kette von in Serie geschalteten elementen eventuell auf diese Weise ausfallen kSnn.

Wenn nur wenige (maximal zehn) steuerbare Gleichrichter in Serie jo;jjL;.lt :id, ker.n nan einen Kreis zum "sympathetischen Zünden" verwenden, wobei der Ausfall eines beliebigen steuerbaren Gleichrichters in der Serienschaltung sowohl an die Steuerelektroden als auch an die Anoden der verbleibenden nicht gezündeten steuerbaren Gleichrichter in der Seriens^iiaixüY^T^gx^und damit das "Einschalten" dieser letzteren Elemente erzwingt.

Während dieses System^ bei Verwendung von nur wenigeijoteuerbaren Gleichrichtern befriedigend arbeitet, bewirkt bei einer Serien« schaltung von sehr vielen steuerbaren Gleichrichtern die kumultative Spannung auf die durch eine äusserst schnell ansteigende Spannung von hohem Wert zerstörten letzten Elemente, deren Durchschlag und endlich deren Zerstörung.

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Alis diesem Grunde können nur wenige in Serie geschaltete Elemente, z.B. fünf oder sechs in Verbindung mit einem Kreis ' zum sympathetischen Zünden verwendet werden, bei dem der Spannungsanstieg nicht so groß ist, wie in einem System mit so hoher Nennspannung, daß mehr als fünf oder sechs in Serie geschaltete steuerbare Gleichrichter notwendig sind.

Ik Die Grundidee der Erfindung besteht darin, einen neuartigen Steuerkreis zum gleichzeitigen Zünden von mehreren gesteuerten Gleichrichtern zu schaffen, bei dem ein sehr starker und kurzer Stromimpuls an die Steuerelektrode gelegt wird, wodurch in Zusammenwirkung mit dem in normaler Weise verwendeten Ausgleichekondensatoren die ganze Reihensctialtung wie ein einzelner steuerbarer Gleichrichter arbeiten wird.

Gemäß der Erfindung wird an die Steuerelektrode ein gesteuerter Stromimpuls gegeben, dessen Größe etwa 100 bis 1 000 mal die erforderliche Größe zum Anschalten der Einheit beträgt und dessen tfauer
JPWöfcPt etwa 1/10 der zum Anschalten der Einheit erforderlichen

Zeit beträgt.

In Zusammenwirkung mit derartigen Impulsen sind parallel verbundene Kondensatoren für den Anoden-Kathoden-Kreis eines jeden steuerbaren Elementes vorgesehen, welche eine Quelle für Ladungsträger von der Anode zur Katho'de während des Ans ehalt Intervall es

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darstellen, um eine konstante Spannung über die einzelnen gesteuerten Gleichrichter während der Ansohaltperiode aufrecht

• zu halten.

Wegen der Eigenschaften der parallel geschalteten Kondensatoren und der Steuerelektroden-Irnpulse wird diese konstante Spannung im wesentlichen für eine genügend lange Zeit aufrechterhalten, um die ganze Kette von Einheiten anzuschalten. Aus diesem Grunde kann keine zu hohe Spannung an irgendeine Einheit in der Serienschaltung gelegt werden.

Darüber hinaus speist der Kondensator-Widerstandkreis starke Ströme durch den Anodenkreis des angeschalteten steuerbaren Gleichrichters um den Ansehaltproζess zu beschleunigen.

Es hat sich herausgestellt, daß die erforderlichen Werte des Kondensators und des Widerstandes in dem Nebenschluß eines jeden steuerbaren Gleichrichters dann richtig sind, wenn der Kondensator und der Widerstand zum normalen Spannungsausgleich von mehreren Spannungen und von Ausgleichsspannungen über der ganzen Kette ausgelegt sind.

Die Erfindung umfasst auch die Schaffung von Impulserzeugungskreisen zur Erzeugung der neuartigen Impulse an der Steuerelektrode ' der steuerbaren Gleichrichter, ebenso wie Impulserzeugungskreise ■ zur Verwendung bei Niederfrequenz-Anwendungsfällen der Systeme

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mit steuerbaren Gleichrichtern.

Darüber hinaus schafft die Erfindung eine Anordnung der Schaltelemente in Modulform, so daß das Gerät aus mehreren in Serie geschalteten Moduln aufgebaut werden kann«

Demgemäß besteht das Hauptziel der Erfindung darin, eine Serien-P Schaltung von mehr als zehn steuerbaren Gleichrichtern dadurch zu ermöglichen, daß die Spannung an den Einheiten während deren Anschalten aufrechterhalten wird.·

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen neuen Zündkreis zum Zünden von mehreren steuerbaren Gleichrichtern zu schaffen·

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen neuen Zündkreis zu schaffen, dir eine große Anzahl von in Reihe geschalteten steuerbaren Gleichrichtern für Anwendungsfälle von über 10 000 Volt Ausgangsspannung zulässt.

Ebenfalls ist es ein Ziel der Erfindung, einen neuen Zündimpuls in Verbindung mit einem parallelen WiderstandseKondensatorkreis für jeden steuerbaren Gleichrichter in einem System von in Serie geschalteten steuerbaren Gleichrichtern zu schaffen.

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Weiter ist es ein Ziel der Erfindung einen·, neuen Impulskreis zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen neuen Impulskreis zu schaffen, der besonders zum Zünden von steuerbaren Gleichrichtern geeignete Impulse erzeugt.·

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen elektrischen Schaltkreis zur Verteilung eines Impulses auf mehrere Steuer- μ bare Gleichrichter zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zu schaffen, bei der mehrere in Serie geschaltete steuerbare Gleichrichter und deren entsprechende Steuerkreis-Elemente in Modulform angeordnet sind«.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Modulanordnung von in Serie geschalteten steuerbaren Gleichrichtern für Mederfrequenzanwendungsfälle zu schaffen. '

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin , einen neuen Impulsgeneratorkreis zu schaffen, bei dem der Impuls einen ateuerbaren Gleichrichter.nach einer vorherbestimmten Verzögerung nach dem Ausschalten des steuerbaren Gleichrichters zündet.

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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nun foliji-Tid'-ri 13 Λ-;ehr 5 him;¹; vo'i ^A sführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild von mehreren in Reihe geschalteten steuerbaren Gleichrichtern, die mit einem Impulsgenerator von bestimmten Weiten und Widerstand-Kondensator-Spannungsverteilsystemen gemäß der Erfindung versehen sindj

Fig. 2 eine Modifikation des Schaltkreises nach Fig. 1^ bei der verbesserte Einrichtungen zur Impulsverteilung vorgesehen sind;

Fig. 3 die Art und Weise, in welcher die steuerbaren Gleichrichter der Fig. 2 zusammen mit ihren entsprechenden Steuerkreisen in Modulform angeordnet werden können}

Fig. 4- schematisch die Art und Weise, in der mehrere der in Fig. 3 gezeigten Moduln im Verhältnis zueinander angeordnet werden;

Fig. 5 die Art und Weise, in der mehrere Untergruppen nach Fig.4 in Serie miteinander geschaltet werden kb'nnenj

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Pig. 6 eine Modifikation des in Fig. 3 gezeigten Steuerkireises, wenn er in einer Modul angeordnet ist;

Fig. 7 die Art und Weise in der Moduln nach Art der in Fig. gezeigten in Serie geschaltet werden können und insbesondere eine neue Impulsquelle für das System;

Fig. 8a bis 8d verschiedene Spannungen und Ströme auf gleicher Zeit-Basis zur Erklärung der Theorie der Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes.

Wie bereits oben angedeutet, besteht ein wichtigea Merkmal der Erfindung darin, einen starken kurzen Stromstoss in Verbindung mit Mitteln zur Aufrechterhaltung der Anoden- und Kathodenspannung an einem gegebenen steuerbaren Gleichrichter zu erzeugen. Das tatsächliche Verhalten eines steuerbaren Gleichrichters ist entsprechend dem heutigen Wissen derart, daß, wenn ein Zündimpuls zwischen Steuerelektrode und Kathode angelegt wird, der aktive.Teil eines steuerbaren Gleichrichters kurzzeitig mit Ladungsträgern überschwemmt wird· ^iese Ladungsträger beginnen unter dem Einfluss des Anodenpotentials zu wandern, welcher von einem zwischen Anode und Kathode des entsprechenden Gleichrichters liegenden Kreis geliefert wird.

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Die Bewegung der negativen Ladungsträger bewirkt einen Anstieg des Anodenstromes, wobei dieser ansteigende Strom später durch positive Ladungsträger leicht ergänzt wird. Durch Schaffen eines großen Ladungsträgerx-Überschusses am Steuerelektrodenkreis des steuerbaren Gleichrichters, wie z.B. durch unmittelbare Injektion von negativen Ladungsträgern in die Verbindungsdoppelschicht scheint der Effekt der Ladungsträger-Vervielfachung durch Kollisionen den Anschaltprozess einzuleiten. Dieser sucht sich durch die vom Anodenkreis gelieferten Ladungsträger auszubreiten, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit durch die Art der Ladungsträger gegeben ist; die Geschwindigkeit ist näherungsweise von einem steuerbaren Gleichrichter zum anderen konstant, so lange Ladungsträger/von der Steuerelektrode vom Ansatz der Injektion ab injiziert werden, und solange der Strom von der Anode ohne jede Verzögerung nachfolgt. Es gibt natürlich einige Verzögerungen, die nicht vermieden werden können, wie z.B. diejenigen, die derjenigen natürlichen Ladungstragerbewegung in dem steuerbaren Gleichrichter und durch die die Verbindungsdoppelschicht bildenden Lagendicken entsprechen, obwohl diese Geschwindigkeiten und Dicken von einem Element zum nächsten konstant sind.

Wenn die Injektion von Ladungsträgern an der Steuerelektrode, einmal einen Ladungsträger-Fluß im Anoden- und Kathodenkreis

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ingang gebracht hat, vermindert sich der Widerstand des Kreises Anode-Kathode und der Anstieg des Stromes durch diesen wird von dem normalen Anstieg des Anschaltstromes, der nicht beschleunigt werden kann, gesteuert. Wenn jedoch ein Entladekondensator in dem Strompfad Anode-Kathode des steuerbaren Gleichrichters liegt, kann man einen Stromanstieg durch den Anode-Kathode-Strompfad erzwingen, wobei die Spannung Am steuerbaren Gleichrichter im wesentlichen gleich bleibt (oder etwas abfällt), während der Strom von der Anode zur Kathode von einem niedrigen Anfangseinschaltwert durch die Stromkapazität des steuerbaren Gleichrichters auf einen erheblichen Wert ansteigt. Nur wenn der Strom diese relativ große Stromstärke erreicht hat, beginnt die Spannung am Anode-Kathode-Strompfad abzusinken.

Die für diesen Stromanstieg erforderliche Zeit ist jedoch dazu ausreichend, die anderen in Serie liegenden steuerbaren Gleichrichter, entweder teilweise oder vollständig anzuschalten. Somit befindet sich die ganze in Reihe geschaltete Gruppe' steuerbarer Gleichrichter in einem schrittweisen Ansohaltprozess, während-dessen die Spannung über den entsprechenden Gleichrichtern relativ konstant bleibt und der Strom ständig ansteigt.

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Wenn der äussere Stromkreis den ansteigenden Strom durch die ganze in Serie geschaltete Kette steuerbarer Gleichrichter liefern könnte, scheint die über der ganzen Kette beobachtete Spannung abzunehmen, jedoch nur nach dem der Strom wesentlich EU steigen beginnt. Damit verhält sich die ganze Kette von Gleichrichtern wie ein steuerbarer Gleichrichter.

Der Tendenz, daß der Spannungszusammen'bruch eines steuerbaren Gleichrichters einen Spannungsanstieg an einem anderen steuerbaren Gleichrichter bewirkt (wie in "sympathetischen" Zündsystemen) wird gemäß der Erfindung folgendermassen entgegengewirkt:

a) Der Stromanstieg muß in demjenigen Bauelement erzwungen . . zu haben}

b) Man muß einen äusseren Ladestrom vorsehen, um die Spannung in dem neb enge sch^^^^nen^lioilfieneitfoi^^trtier demjenigen

*""· SlementNzu erh&hen, welches beim Einschalten nacheilt.

Aue diesem Grund wirkt der voa dem Nebenschluß-Kondensator des einzelnen Elementes bedingte Spannungsteilungseffekt unter Ausgleiohbedingungen gemäß der Erfindung auch während

I das Ansobalt-Intervalletf, */©oei die Spannung von voller Sperrspannung in einen kleinen vorwärts gerichteten Spannungsabfall auf der ganzen Kette fortschreitend in ordentlioiier

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- 13 Weise übergeht.

Als weiterer Vorteil der Erfindung wird beobachtet, daß der Zündimpuls, obwohl er sehr stark ist, nur für sehr kurze Zeit benötigt wird. Aus diesem Grunde kann der Impulskreis kondensatorartige und transformatorartige Bauelemente aufweisen, die eine Isolation zwischen dem Steuerelektroden-

kreis und dem Ariode-Kathode-Kreis schaffen.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal dieses neuen Anschaltverfahrens besteht darin, daß der Steue^slektroden-Impuls vollständig ers-cheint, bevor der wirkliche Anschalt effekt in den Anode-Kathodekreisen der steuerbaren Gleichrichter sichtbar ist«, Diese offensichtliche Trennung zwischen Steuerelektrodenimpuls und Anschalten entspricht dem sehr hohen Verhältnis von Anoden-Nennstrom zu minimalem Anodenstrom oder Haltestrom« Pur einen typischen steuerbaren Gleichrichter mit einem Nennstrom von 16 Amplre (annäherungsweise 50 Amplre Spitzenwert während der Induktion) beträgt der Haltestrom nur 15 Milliampere. Der normale typische Steuerelektrodenstrom zum Zünden eines solchen Gerätes beträgt bei normalen Betriebstemperaturen 25 Milliamplre,

Gemäß der Erfindung wird jedoch ein Zündimpuls von etwa 10 Ampere in den Steuerelektrode-Kathode-Kreis während etwa

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einer Viertel Mikrosekunde eingespeist. Bei der Erfindung entspricht die Anzahl der in den steuerbaren Gleichrichter injizierten Ladungsträger derjenigen Anzahl von Ladungsträgern, die zur vollen Strombelastung des Elementes erforderlich ist. Während des Anschaltens geht jedoch eine große Anzahl.dieser Ladungsträger verloren und zwar beispielsweise durch Re-Kombinatioc Einfang durch die falsche Elektrode oder Neutralisation entsprechend der Ladungsträger-Verdrängung, die durch das Vorwärts-Blockpotential bedingt ist. Wenn also theoretisch ein Vorwärtsstrom von 15 Milliampere des steuerbaren Gleichrichter anschaltet, dann wird gemäß der Erfindung ein Steuerelektrodenstrom von mehr als 10 Amplre injiziert; es findet ein Stromübergang von der Steuerelektrode zur Anode bei einer Stromstärke von etwa 1 Ampere in einer Zeit statt, die mit dem Abfall des Steuerelektrodensignales und dem Anstieg des Anodenstromes von 0 auf 1 Ampere zusammen fällt. Verglichen mit dem höchsten Spitzenwert des Stromes von 50 Ampere ist dieser Strom von einem Ampere relativ klein obwohl er viel größer ist, als das absolute Minimum von 15 Milliampere. Aus diesem Grunde geht das Anschalten ohne jede Verzögerung in sicherer Weise von statten.

In Fig» 1 ist ein typisches, in Serie geschaltetes System steuerbarer Gleichrichter dargestellt, das zusammen mit einem die erfindungsgemäße Impulse verwendenden Impulsgeneratorsystem für jeden Gleichrichter mit parallel verbundenen Widerstand-

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Kondensatorsystemen versehen ist_o

In Fig. 1 sind zehn gesteuerte Gleichrichter 20 bis 29 dargestellt, die zwischen einer Anoden-Klemme 30 und einer Kathodenklemme 31 in Serie verbunden sind. Die Verwendung von gerade zehn Gleichrichtern dient nur Zwecken der Darstellung; es wird darauf hingewiesen, daß mit Hilfe der Erfindung mehr als zehn steuerbare Gleichrichter in Serie verbunden werden können oder daß man eine ausreichende Zahl steuerbarer Gleichrichter in Reihe schalten kann, um ein System mit einer Nennspannung von mehr als 10 000 Volt Spitzenrückspannung oder Spitzenvorwärts-Sperrspannung zu bilden· ^,'

Jeder steuerbare Gleichrichter 20 bis 29 ist mit einem entsprechen-,.»· 4*n Hebtftsqhlußkpndensator 32 bis 41 und einem nebengeschlossenen

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Widerstand 42 bis 51 versehen.

Wie gezeigt sind geeignete Strombegrenzungswiderstände 52 bis 62 vorgesehen, wodurch in jedem Nebenschlußkreis eines jeden steuerbaren Gleichrichters zwei Begrenzungswiderstände liegen·

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Die Steuerelektrodenkreiee eines jeden steuerbaren Gleichrichters 20 bis 29 sind in üblicher Weise mit Niederspannungs-Zenerdioden 62 bis 72 versehen·

Wie weiter unten nooh eingehender beschrieben wird, kann jeder steuerbare Gleichrichter mit seinen ihm entsprechenden Steuerelementen wie Nebenschlußkondensator, Widerstand, Nebensohluß-r

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Widerstand und Steuerelektroden-Sohutzdiode in einer gewöhnlichen

Modul geordnet sein, wie dies in der TJS- Patentanmeldung·.

desselben Anmelders beschrieben ist} und zwar mit ähnlichen Schirmmethoden, Endabschirmung, Funkentetörung und Kühlung, wie bei der oben genannten Anmeldung«

Ein Haupt-Impulstransformator 73 hat eine einzelne Primärwicklung

74 und mehrere Sekundärwicklungen 75 bis 84» die mit den Steuerelektrode-Kathode-Kreisen der steuerbaren Gleichrichter 20 bis 29 verbunden sind. Die Primär- und Sekundärwicklungen des Impulstransformators 73 sollten gut gegeneinander isoliert sein mit einer im Vergleich zur Kapazität der Kondensatoren 32 bis 41 niedrigen Kopplungskapazität· Darüber hinaus sollte wegen der erforderlichen kurzen Impulse, die gemäß der Erfindung an die Steuerelektrodenkreise der Gleichrichter gelegt werden, der Seriewiderstand zwischen Primärwicklung 74 und jeder Sekundärwicklung

75 bis 84 bo niedrig wie möglich sein. Zusätzlich sollte der Serieblindwideretand zwischen den obengenannten Wicklungen gleichmassig zwischen Primärwicklung und jeder Sekundärwicklung verteilt sein.

In Pig. 1 ist die Grundsohaltung der Erfindung dargestellt, in der die den Steuerelektrode-Kathodekreisen der Gleichrichter 20 bis 29 zugeführten Impulse etwa 100 bis 1 000 mal größer sind als der minimale Zündstrom und eine Dauer von etwa 1/10 der Zeit haben, die'zum Zünden oder Anschalten eines jeden steuerbaren Gleichrichters erforderlich ist.

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Dieser neuartige Impuls wird natürlich, in Verbindung mit den Kondensatoren 32 bis 41 angewandt, welche jedem Gl-*: ο'/~ ;ht ■ einen so hohen Anpdenstrom zuführen, daß jeder Gleichrichter anschalten kann, weil die über den Gleichrichtern liegende Spannung während des Anschaltintervalles relativ konstant gehalten wird.

Im Anwendungsfalle ist es schwierig, den in S¹Xg. 1 gezeigten Impulstransformator 73 zu bauen, wenn eine große Anzahl steuerbarer Gleichrichter in Serie geschaltet ist« Das bedeutet, daß gemäß der Erfindung mehrere hundert steuerbare Gleichrichter in Reihe geschaltet werden können· Wenn dies der Fall ist, werden die Konstruktionsprobleme im Zusammenhang mit dem Impulstransformator 73 nahezu unüberwindlich.

In Fig. 2 ist ein dem in Figo 1 dargestellten ähnlicher Schaltplan dargestellt, wobei gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen haben. In Fig. 2 ist ein Impulstransformatorsystem dargestellt, dm: ebenso geei-.net zur Verteilung eines Zündimpulses ist und zwar unabhängig davon, eine wie große Anzahl von steuerbaren Gleichrichtern zur Reihenschaltung gewählt wird.In Fig. 2 sind die Steuerelektrodenkreiue einea jeden steuerbaren Gleich— rifjhteru 2υ bia 29 mit bekundärwicklunfen 90 bis 99 versehen, die auf süttigbare Kerne gewickelt aind, die ihrerseits Primären 10 bin 109 aufweisen.

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Die Kerne für jeden steuerbaren Gleichrichter 20 bsi 29 haben derartige Volt-oekunden-Werte(= Integral derjenigen an eine Wickluiif-r angelegten Spannung, die während einer Zeit wirkt, die zur Sättigung des Kernes ausreicht), daß mindestens die für den entsprechenden Steuerelektrodenkreis erforderliche Impulsenergie

übertragen werden kann» Die Polaritäten der Primär- und Sekundären
wicklun_f;/der sättigbaren Drosseln sind in Pi_t·:. 2 mit Punkten angedeutet, welche den Beginn der Wicklung, und damit Punkte gleicher Polarität anzeigen.

Die Primärwicklungen 100 bis 109 sind mit dem Kreis verbunden, der die Nebenschlußkondensatoren 33 bis 41 der Gleichrichter bis 29 aufweist, wobei der hauptsächliche Unterschied zwischen dem Schaltkreis nach -Fig. 2 und dem nach i'ig. 1 darin besteht, daß die Primärwicklungen von allen ImDulstransformatoren in Reihe mit den liebenschlußkondensatoren der entsprechenden Dioden geschaltet sind. Die Sekundärwicklungen sind natürlich in derselben Weise, wie dies in Pig. 1 dargestellt ist, geschalte";. ·

iis wird darauf hingewiesen, dnß die oberen fünf Sekundärwicklungen 90 bis 94 sich bezüglich der Polarität von den fünf Sekundärwicklungen 95 bis 99 unterscheiden.

Die Verbindung zwir chen der Wicklung 104 und dem Kondensator 37 ist mit einem Koppelkondensator 110 verbunden, der seinerseits mit einer Klemme 111 einer Impulsquelle verbunden ist. Die zweite Klemme 112 der Impulsquelle, die im folgenden genauer beschrie-

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ben· werden wird, ist dann mit dem Kopplungskondensator 113 verbunden, der seinerseits mit dem oberesten Nebenschlußkondensator 32 verbunden ist, und sie ist auch mit einem zweiten Koppelkondensator 114 verbunden, der seinerseits mit dem Ende der Wicklung 109 verbunden ist.

Es wird besonders darauf hingewiesen, daß die in Pig. 2 verwendeten Impulstransformatoren von derjenigen Art sind, die zur Transformation von Impulsen sehr kurzer Dauer geeignet sind (oder für sehr hohe Frequenz) und daß sie bei Niederfrequenz-oder Gleichrichte^cstromanwendungen nicht brauchbar sind, da die Traneformatorkerne sich sättigen würden, und die Wicklungen für die mit ihnen verbundenen Geräte zum Kurzschluß würden· Somit bilden unter normalen Betriebsbedingungen die Primärwicklungen von allen Impulstransformatoren njiflerohmige Kurzschlüsse. Dadurch können die Kondensatoren 32 bis 41 die Spannung gleichmässig auf die steuerbaren Gleichrichter 20 bis 29 verteilen, was auch ihr Hauptzweck ist. Nach dem Anschalten entladen sich diese Kondensatoren über ihre Strombegrenzungswiderstände durch ihre entsprechenden steuerbaren Gleichrichter.

Im Betrieb', und wenn die ganze Kette steuerbarer Gleichrichter 20 bis 29 im Vorwärtssperrzustand sind (d.h. Hauptanodenanschluß 30 ist in bezug auf den Hauptkathoden-Anschluß 31 positiv), dann liegt an allen steuerbaren Gleichrichtern annäherungsweise dieselbe positive Vorwärtsspannung wegen der durch die Nebenschluß-

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widerstände 42 bis 51 und die Nebenschlußkondensatoren 32 bis 41 bewirkten Spannungsverteilung.

Per für diese Spannungsverteilung erforderliche Strom ist unter normalen Betriebsbedingungen relativ gering und ändert sich langsam. Doh., daß die Impulstransformatoren im wesentlichen keine Spannung oder keinen Strom in die Steuerelektrodenkreise der entsprechenden steuerbaren Gleichrichter transformieren, die aus diesem Grunde abgeschaltet sind.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Mitte der Kette von Kondensatoren 32 bis 41 mit einem Koppelkondensator 110 verbunden, der mit der Anschlußklemme 111 des Impulsgenerators verbunden ist. Die Enden dieser Kette von Kondensatoren sind zusätzlich durch zwei Koppelkondensatoren 113 bzw· 114 verbunden, welche gleiche Größe haben und die mit dem gemeinsamen Anschluß 112 des ImpulBgeneratorsystemes verbunden sind. Wenn an den Klemmen 111 und 112 eine sehr rasch ansteigende Impulsspannung angelegt wird, wobei die Klemme 111 bezüglich der Klemme 112 positiv ist, dann flieset ein Strom großer Stärke durch die Kette von Kondensatoren 32 bis 42 und den Koppelkondensator 111 in derjenigen Richtung, die in Fig. 2 durch die Pfeile i angezeigt ist.

Der Strom i weist die halbe Stromstärke des Stromes 2i auf, der aus den "Klemmen 111 und 112 kommt und er wird gleichmäBBig auf die zwei die Kondensatoren 113 und 114 aufweisenden Zweige

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verteilt« Bei dem die Kondensatoren 32 bis 36 aufweisenden oberen Zweig fliesst der Strom aufwärts um einen nach unten gerichteten positiven Impuls an den linken Seiten der Impulatransformatoren 100 bis 104 zu bewirken,, Dies entspriciiu .!i;m ..'■'j]i. ölen gerichteten positiven Spannungsimpuls auf die Wicklungen 90 bis 94,wodurch alle Steuerelektroden der steuerbaren Gleichrichter 90 bis 94 am positiven Potential liegen»

Zur gleichen Zeit bewirkt ein nach unten gerichteter Strom i in der unteren Hälfte der Anordnung eine Spannung in den Wicklungen 105 bis 109» die an der unteren Seite der'Wicklungen positiv ist und die 'auch an der oberen Seite der Sekundärwicklungen 95 bis 99 positiv ist, um wieder ein positives Steuerelektrodensignal zu bewirken« Der Spannungsabfall in den Primärwicklungen der Impulstransformatoren bewirkt einen Anstieg der Anode-Kathode-Spannung der steuerbaren Gleichrichter 20 bis 24 und ein ähnliches Absinken der Anode-Kathode-Spannung an den steuerbaren Gleichrichtern 25 bis 29„ Diese Spannung ist jedoch relativ klein, da die maximale Spannung, die an dem Steuerelektrodenzündkreis für jeden steuerbaren Gleichrichter geduldet wird, nur ein paar Prozent der Nennspannung des Hochspannungsgleichrichters ausmacht, die bei dieser Art von Kreisen verwendet wird.

Der in I¹Ig. 2 dargestellt* Kreis weist den Torteil auf, daß die Kette von Kondensatoren 32 bis 41> welche den Impulsstrom

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leitet, gleichzeitig der Spannungsteilerkondensatorkreis ist. Aus diesem Grund wird die durch die positive Zündspannung bedingte kleine systematische Spannungsunsymmetrie automatisch von selbst zwischen den zwei Hälften (obere und untere-Halfte) der Anordnung ausgeglichen, ohne daß zu hohe Spannungsb'elastung oder Spannungsungleichheit in der Spannungsverteilung zwischen den steuerbaren Gleichrichtern auftritt.

Ein weiterer Vorteil des Systems nach Pig» 2 ist der, daß die Spannung zwischen den Primär— und.Sekundärwicklungen der Impulstransformatoren meist ein paar Volt beträgt, und sie ist im einzelnen durch den Spannungsabfall der geeigneten zwei strombegrenzenden Widerstände der Strombegrenzungswiderstände 52 bis gegeben.

Somit sind die Impulstransformatoren von beiden Niederspannungs-, Hochstrom- und Kurzimpulsbata?ten relativ wenig kostspielig und keinen zu großen elektrischen Belastungen ausgesetzt„Darüber hinaus wird die ganze Kette nicht von einer Zwischenwicklungs-Kopplungskapazität oder anderen Streueffekten beeinflusst, die einen großen Impuls-Transformator von der in Fig. 1 gezeigten Art nachteilig beeinflussen würden.

Es wird darauf hingewiesen, d-aß die Koppelkondensatoren 115 undzwisohen den Klemmen 30 und 31 verbunden sind, und daß sie die Fälligkeit haben, Spannungsausgleiche über der ganzen Anordnung

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zu vermindern. Weiterhin kann_t weil der Zündimpuls von der Klemme 112 parallel durch beide Kondensatoren 113 und 114 zu den Anoden - und Kathodenklemmen 30 und 31 geleitet wird, der Impuls nicht aus der Anordnung heraus und in andere leile des Systemes geleitet werden* Aus diesem Grunde können Impulse aus den Klemmen 111 und 112 keine anderen außer" den Gleichrichtern 20 bis 29 zünden, die erentuell elektrisch mit dem System verbunden wären.

Weiterhin ist das System relativ unempfindlich gegen von außerhalb des Kreises zwischen den Klemmen 30 und 31 erseheinÄendeH plötzliche Spannungsschwankungen, da derartige Signale durch die zwei Kondensatoren 113 und 114» die im Gegensatz zu den Kondensatoren 32 bis 41 in Serie liegen, kurzgeschlossen wurden.

Da das Zufügen einer großen Anzahl von in Serie geschalteten Elementen Schwierigkeiten bei der Spannungsteilung während des Vorwärts- und Rückwartssperrens und während des Anschaltens mit sich bringt, und zwar wegen der durch die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit entlang einem solchen System bedingten ■Verzögerungseffekte und wegen Ausgleichsspannungsteilungsproblemen wurden diese Probleme bisher dadurch mit Erfolg bewältigt, daß die in Serie geschalteten Elemente und ihaü Steuereinrichtungen in Untereinheiten von in Form von Moduln ausgebildet wurden, oder -allgemeiner gesagt - durch Herstellen deB Hauptsystemes aus einer

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homogenen Gruppe von Untersystemen. Jedes Untersystem bildet dann eine vollständige Modul und jede Anordnung bildet selbst eine vollständige Größe. Eine große Anzahl von vielfachen Anordnungen bildet dann das ganze System.

Wenn dieses Verfahren bei gesteuerten Gleichrichtern angewendet wird, anstatt bei normalen Gleichrichtern, wie dies in der US-Patentanmeldung Nr desselben Anmelders beschrieben ist,

dann besteht der einzige Unterschied in der Erfordernis, jede Anordnung zu zünden.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Impulsgeneratorklemmen 111 und 112 von der "Untergruppe" durch Koppelkondensatoren 110, 113 und 114 getrennt. Da nur drei Kondensatoren erforderlich sind, kann man Kondensatoren mit hoher Kennspannung verwenden, wodurch es möglich ist, den Impulsgenerator auf einem anderen Potential-Niveau arbeiten zu lassen als die Anordnung selbst.

Eine typische Modul-Anordnung für eine Modul der einzelnen Untergruppe ist in Pig. 3 schematisch für den Fall des steuerbaren Gleichrichters 21 dargestellt· In Fig. 3 können der steuerbare Gleichrichter 2t, sein Hebenschlußkondensator 33» sein strombegrenzender Widerstand 54» sein die Wicklungen 101 und 109 aufweisender Impulstransformator und seine Zenerdiod* 64 an einen gemeinsamen modulartigen Ohasaie angeordnet sein, daß mit den gepunkteten linien 130 in der Art wie bei der US- Patentanmeldung Hr# ......dargestellt ist.

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•Die Modul &.at dann vier Klemmen, von denen zwei der Energieversorgung dienen und zwei zur Übertragung der Impulse zum Anschalten dienen.

In Fig. 4 ist die Modul 130 zusammen mit einer identischen Gruppe von Moduln 131 bis 134 dargestellt (wobei die Untergruppe fünf Moduln und damit fünf in Serie geschaltete steuerbare Gleichrichter einschliesst), wodurch die mit strichpunktierten Linien angedeutete Untergruppe 135 gebildet wird.

Die Untergruppe erfordert einen zusätzlichen /Widerstand 136 (der dem Widerstand 52 in J?ig. 2 entspricht )„ Das ganze System kann dann wie in Fig« 5 gezeigt ist aus mehreren der Untergruppe 135 ähnlichen Anordnungen gebildet werden, die noch deutlicher als Untergruppen 135 und 137 bis 140 schematisch dargestellt sind. iSs wird darauf hingewiesen, daß das System nach Figo 5 dreissig in Serie verbundene steuerbare Gleichrichter zwischen dem Anodenhauptanschluß 142 und dem Kathodenhauptanschluß 143 aufweist·

Die verschiedenen Koppelkondensatoren 144 bis 150 werden dann in der dargestellten Weise mit den Untergruppen und mit den Anschlüssen 151 und 152 eines geeigneten Impulsgeneratorsysteates verbunden.

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Die Polarität zum Zünden der steuerbaren Gleichrichter der verschiedenen Untergruppen 135 und 137 bis 141 ist schematisch durch die Polarität der schematisch dargestellten Impülstransformatoren in jedem Kasten dargestellt. Diese neue Anordnung der Polaritäten ist im Prinzip den entgegengesetzten Polaritäten ähnlich, die für die obere und die untere Gruppe von Impulstransformatoren in Fig. 2 angewendet wird«

Die in den Fig«. 1 und 2 dargestellten Schaltkreise sind da besonders nützlich, wo der steuerbare Gleichrichter in einem System arbeiten muß, das hohe Ansprechgeschwindigkeit erfordert oder wo der Hauptleistungskreis einen niedrigen induktiven Blindwiderstand hat. Es gibt jedoch viele Anwendungsfälle, bei denen das System als 60Hz-Umfornier verwendet v/ird, wobei der Hauptleistungskreis erheblichen induktiven Blindwiderstand aufweisen kann. Bei derartigen Anwendungsfällen ist es nicht notwendig, das Impulstransformatorsystern nach Fig, 2 zu verwenden, die Zündim-

pannong
pulse/kann unmittelbar auf die ganze Anordnung gegeben werden,-wobei die Steuerelektrodenkreise in Reihe mit den Spannungsteilerkondensatoren liegen.

Diese Anordnung ist insbesondere in -"'ig. 6 für den -^aIl einer einzelnen Modul einer einzigen Untergruppe des Systems gezeigt.

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In Pig. 6 ist der steuerbare Gleichrichter 21 der lig. 3 zusammen mit seinem Kondensator 32, seinem Widerstand 54 und der Steuerelektroden-rZenerdiode 64 in der Modul 130 angeordnet« Wie aus der Darstellung hervorgeht, ist der untere Anschluß des Kondensators 33 unmittelbar mit der Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters 21 verbunden.

Eine Mehrzahl solcher Moduln, die die Modul 130 zusammen mit identischen Modulen 160 bis 167 einschliesst, ist in 3?ig. 7 für eine bestimmte Anordnung von Einheiten dargestellt, Die in 3?ig. dargestellten Moduln liegen zwischen der Anodenhauptklemme und der Kathodenhauptklemme 169; sie weisen zwei Drosseln 170 und 171 auf, die, wie gezeigt, zwischen sfc&a dem oberen und dem unteren Teil der Kette und den entsprechenden Klemmen liegen* Jede der Drosseln 170 und 171 hat vorzugsweise einen sehr niedrigen induktiven Widerstand von etwa einem Milli-Henry.

TJm die Kette zu zünden, verbindet ein Koppelkondensator 172 die Kette mit einem Impulsgeneratorkreis, der an seinem Ausgang einen Impulstransformator 173 aufweist, welcher eine Primärwicklung 174 trägt und eine Sekundärwicklung 175 in Serie mit dem Kondensator 172, wobei die zwei Wicklungen auf einen Kern aus sättigbarem Material gewickelt Bind.

Unter der Annahme, daß an der Wicklung 175 in weiter unten zu beschreibender Weise ein Impuls erscheinen kann, ao daß eine

positive Spannung am oberen Ende der Kette auftritt, ergibt sich ein plötzlicher Anstieg der Sperrspannung der gesamten Anordnung· Dieser plötzlich auftretende Spannungsanstieg ist natürlich relativ klein im Vergleich zur Vorwärtssperrspannung der ganzen Kette. Die Anstiegzeit dieses Spannungsanstieges ist Jedoch sehr kufz. Aus diesem Grunde erscheint die Spannung an den Steuerelektroden der in Serie geschalteten steuerbaren Gleichrichter, da die mit den verschiedenen steuerbaren Gleichrichtern parallel verbundene Kondensatoren für diese Art von Impulsen eine niedrige Impedanz haben, und ihre Dioden, z.B. Diode 64 in Fig. 6 in Sperrichtung liegen. Wegen des ν on den Drosseln 170 und 171 bedingten induktiven Widerstandes kann der äussere Kreis keine Parallelverbindung für diesen Impuls bilden. Darüber hinaus 1st der Kreis nach Fig, 7 gegen Anschalten durch äussere Spannungen gesichert, da die Induktivität 170 und 171 ein plötzliches Einfliessen eines Ansohaltstromes zu den verschiedenen Moduln verhindert, die durch ihre eigenen Nebensohlußkondensatoren und durch den äusseren Kondensator 172 in Nebenschluß überbrückt sind.

Im Betrieb sind die Induktivitäten 170 und 171 den sogenannten "Kommutierungedroseein" ähnlich, die zum Betrieb eines Umformers notwendig sind.

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"Der Impulsgeneratorkreis nach Fig» 7 besteht aus einem energiespeichernden Kondensator 180, der mit den Klemmen 181 und 182 einer Gleichstromversorgung über einen Ladewiderstand 185 verbunden ist. Die Gleichstromversorgung lädt den Kondensator 182 auf eine Spannung von etlichen 100 YoIt auf. Ein impulsgesifüerter Gleichrichter 184 ist im geschlossenen Kreis mit dem Kondensator 180, der Primärwicklung 174 des Impulstransformators 173 und der Wicklung einer kleinen sättigbaren Drossel 185 verbunden,

Der Magnetisierungsstrom der sättigbaren Drossel 185 ist niedriger als der Magnetisierungsstrom des Kernes 173» der durch die Wicklung 174 fliessen'muß, bevor zwischen den Wicklungen 174 und 175 eine Transformatorwirkung auftreten kann. Die Wicklung 174 des Impulstransformators 173 und die sättigbare Drosselwicklung 185 sind durch eine Gleichspannung vorgespannt, die von einer Gleichspannungsquelle geliefert wird, welche an den Anschlüssen 186 und 187 liegt, die ihrerseits in Serie mit einer Drossel 188 liegen.

Sodann wird eine Wechselstromquelle mit dem Steuerelektrodenkreis des schwingend gesteuerten Gleichrichters 184 verbunden, um diesen Gleichrichter mit vorherbestimmter Frequenz zu zünden.

Wenn der schwingend gesteuerte Gleichrichter 184 gezündet wird, wird der durch die Impulstransformatorwicklung 174 eindringende;/ Strom verzögert bis die sättigbare Drossel 185 gesättigt ist.

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Die Zeit zur Sättigung der Drossel 185 ist vorzugsweise kurz und etwa zwei Mikrosekunden. Nach dieser Zeit kann der Entlade— strom des Kondensators 180 in sehr kurzer Zeit auf 'einen sehr hohen Wert ansteigen.

Die Verwendung der sättigbaren Drossel 185 im Anschaltkreis des Impulsgenerators hat den Vorteil, daß die Anstiegszeit des fc Stromes sehr stark verkürzt wird. Darüber hinaus wird der Spitzenimpulsstrom stark erhöht.

Der Grund hierfür ist der, daß ein gesteuerter Gleichrichter nach dem Zünden eine erhebliche Zeit zum Ionisieren der ganzen Verbindungsdoppelschicht benötigt. Wenn unmittelbar nach dem Zünden ein massiger Strom von etwa ein Amplre eine gewisse Verzögerungszeit lang fliesst, und wenn dieser Strom die notwendigen Ladungsträger für die Ionisation des steuerbaren Gleichrichters schafft, dann wird des Innenwiderstand des Gleichrichters sehr niedrig, wobei sein Vorwärtsspannungsabfall xmkT immer stärker abfällt.· Nach dieser Zeit, und wenn die sättigbare Drossel 185 gesättigt ist, ist der steuerbare Gleichrichter in einem Zustand voller Leitfähigkeit mit niedrigem Innenw#iderstand und er weist einen Überschuß an Ladungsträgern auf. Dementsprechend kann der Strom ohne Begrenzung durch den steuerbaren Gleichrichter ansteigen und er wird nur durch den induktiven Widerstand des Impulstransformator s, die Streureaktanz der sättigbaren Drossel 185 und die Kapazitäten im Kreis begrenzt«

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Wenn ein steuerbarer Gleichrichter einen ITennstrom von 16 'Ampe're hat und wenn er unmittelbar mit einem Hochstromimpuls angeschaltet wird, dann führt er einen Impulsspitzen— strom von annäherungsweise 200 bis 300 Ampe're. Wenn ein höherer Impulsstrom durch den steuerbaren Gleichrichter getrieben wird, dann wird er zerstört, weil das Fehlen der Ionisation einen der art hohen Vorwärtsspannungsabfall in seinem Plättchen bedingt, daß es durch zu große Hitze zerstört wird. '

Wenn jedoch eine kurze Verzögerung eingeführt wird, dann kann dieser Strom auf mehr als 10 000 Ampe're für ein paar Mikrosekunden erhöht werden, ohne den steuerbaren Gleichrichter zu beschädigen.

Gleichzeitig steigt der Anschaltstrom viel schneller, so daß/ wenn dies Verfahren auf ein Impulsgenerator-System angewandt wird, ein Impuls mit kurzer mittlerer Dauer (entsprechend hoher Frequenz) erzeugt werden kann.

Somit kann der Impulstransformator sehr wirkungsvoll bei dieser hohen Frequenz gemacht werden, wenn die Koppelkondensatoren und die inneren Kondensatoren der Maduln sehr niedrige Impedanz aufweisen. Dadurch wird der ganze, im Impulsgeneratorkreis er zeugte Impuls mit maximalem Wirkungsgrad auf die steuerbaren Gleichrichter in den Moduln der Kette übertragen·

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- 32 Zur Erläuterung des typischen Verhaltens eines gemäß der

Erfindung ausgebildeten Kreises zeigen die Fig. 8a, 8b» 8o und 8d typische Spannungs- und Stromverhältnisse in bezug auf die Zeit in den verschiedenen Bauelementen des Systems·

Pig, 8a zeigt den von einem Impulskreis, wie dem Impulskreis der Fig. 7 erzeugten Zündimpuls. Z.Zt_et_Q in Pig· 8a wird der steuerbare Gleichrichter 184 gezündet· Er beginnt sofort einen durch die punktierte Linie i_e_ dargestellten Strom zu leiten, der, wie oben erörtert, durch die sättigbaren Drosseln 185 begrenzt wird.

Die sättigbare Drossel 185 wird zur Zeit tj gesättigt und der Kondensator 180 entlädt sich durch den Gleichrichter 184 und die Primärwicklung 174 des Impulstransformators 175· Die Sekundärwicklung 175 gibt deswegen einen Impulsstrom ab, der eine große Höhe erreicht und auf Null zurückschwingt j an diesem Punkt wird der steuerbare Gleichrichter 184 abgeschaltet. Es wird darauf hingewiesen, daß die Pig· nicht maßstabsgerecht ist, da der Entladeimpuls i weniger als eine halbe MikrοSekunde andauert,

während die Verzögerung vor dem Impuls mehr ale zwei Mikro— sefcunden dauert.

Do:* Impulsstrom nach Pig· 8a wird dann auf die Steuerelektrodenkreise von allen steuerbaren Gleichriohtern gegeben, wobei der Steuerelektrodenstrom durch den Strom i der Pig. 8a wtedergege-

ben wird· / -

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Wegen der kurzen Dauer des Steuerelektrodenstromes wird keiner der einzelnen steuerbaren Gleichrichter der Kette angeschaltet .

In £ig. 80 ist der Anoden-Strom oder Anschaltstrom i für

tit

denjenigen einzelnen steuerbaren Gleichrichter der Kette dargestellt, der als erster angeschaltet wird,, Es wird angenommen, daß dieser bestimmte steuerbare Gleichrichter eine besonders g kurze Zündverzögerungszeit hat, so daß sein Anodenstrom i_a sohneil anzusteigen beginnt.

In #ig· 8d wird der Anodenstrom i_ an einem viel später als

der der Fig· 8c zündenden steuerbaren Gleichrichter gezeigt«

In den Pig· 8c und 8d wird ebenfalls der Kondensatorenentladestrom i der nebengeschlossenen Kondensatoren gezeigt, welche die entsprechenden steuerbaren Gleichrichter im Nebenschluß verbinden· Der Strom i , der auch in den Fig· 8c und 8d gezeigt wird, ist der Anschaltstrom der ganzen Kette.

Zunächst auf den steuerbaren Gleichrichter nach fig. 8c eingehend, der als erster eingeschaltet wird, ist ersichtlich, daß sein Anodenstrom i hauptsächlich vom Kondensatorentladestrom i geliefert wird, während der durch den Fluß durch die ganze Ke-tte hervorgerufene Strom zu einem späteren Zeitpunkt ansteigt.

Aus diesem Grund zeigt die wellenförmige Anodenkurve der Fig. Sc zwei getrennte Anstiege: der erste 'Anstieg entspricht dem Kondensat or-Einlauf-Strom, der zweite Anstieg tritt auf, wenn der ganze Strom der Kette zu voller Höhe ansteigt. . -

Bei dem später gezündeten Gleichrichter der Mg. 8d ist ebenfalls am Anfang ein doppelter Stromanstieg. Einer davon entspricht der Kondensatorenentladung und der andere dem Stromanstieg der ganzen Kette.

Aue den Pig. 8c und 8d ist somit ersichtlich, daß obwohl ein Unterschied in den Anschaltzeiten der einzelnen steuerbaren Gleichrichter besteht, ihr Anschalten ungehindert einzeln vor sich geht, ohne die Wirkungsweise der ganzen Kette zu stören»

Die Fig. 8c und 8d zeigen ferner die Spannung ec; dies ist die Spannung an dem Febenschlußkondensator des entsprechenden steuerbaren Gleichrichters. In Fig. 8c fällt diese Spannung für das schnell anschaltende Bauteil graduell ab, während die Spannung e„ für das langsamer anschaltende Bauteil nach Fig. 8d schnell abfällt. Dieser Unterschied im Spannungsabfall entspricht der Entladung des Kondensators, die durch den Strom gegeben ist, welcher fHessen kann·

Für den früher anschaltenden Gleichrichter nach ^ig. 8c wird der Spannungeabfall durch die dem Kreis zugeordneten Spannungsbegr.enzungwiderstände verlangsamt, welche den Kondensator--Entladenstrom und damit die -Entlade—Leistung des Kondensators begrenzen.

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β/β

Pur den später gezündeten steuerbaren Gleichrichter nach S¹Ig. 8d ist der Spannungsabfall über dem Strombegrenzungswiderstand durch den gegenfliessenden Strom der benachbarten steuerbaren Gleichrichter reduziert, die früher angeschaltet wurden· Dadurch wird der Spannungsabfall über diesen Widerständen stark vermindert und der Kondensator entläctt sich schneller, wodurch de» Spannungsabfall früher stattfindet* Daraus ergibt sich also ein Ausgleich des Spannungsabfalles über den Kondensatoren·

In -^Xg* 8b ijät der Spannungsabfall e über der ganzen Kette gesteuerter Gleichrichter und der Stromanstieg i in der ganzen Kette dargestellt· Der Spannungsabfall e_a ist durch die Summe aller Spannungen aller steuerbaren Gleichrichter in der Kette gegeben und er ist steil, wenn der Stromanstieg begonnen hat. Der Stromanstieg ist jedoch sowohl bei seinem Beginn als auch an seinem Ende verzögert, weil die individuellen Unterschiede der steuerbaren Gleichrichter verschiedenes Ansteigen derjenigen Ströme zulassen, die durch die Entladung ihrer entsprechenden Kondensatoren ausgesandt werden. Damit hat dieses Verfahren den Vorteil* daß das sogenannte "sympathetische Zünden¹¹ unterdrückt anstatt gefördert wird, wodurch das mögliche Zünden der steuerbaren Gleichrichter an einem Ende der Kette (durch Zufall} ausgeschaltet wird, wobei dann dieses lokalisierte Zünden sich durch die ganze Kette fortsetzt und die Mehrheit der steuerbaren Gleichrichter durch Überspannen zusammenbricht·

ORIGINAL INSPECTED

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^ 36-

Wenn "bei dem erfindungsgemäßen System irgendein steuerbarer Gleichrichter zufällig anschaltet (entsprechend der Verschlechterung der Zusammenbruchm-SpannungBcharakteristiken), dann würde sein zugehöriger Kondensator sich graduell durch die Entladewiderstände entladen und danach würde der steuerbare Gleichrichter nicht zur gesamten Spannung beitragen und zwar in einer ähnlichen Weise wie eine ausgefallene Diode in einer Diodenkette eines Hochspannungsgleichriphters·

Aus dem Vorstehenden ist erkennbar, daß die über jedem steuerbaren Gleichrichter verbundenen Kondensatoren mehrere Funktionen haben und daß sie unerlässlich für die Arbeitsweise des Systems sind.

Die Punktionen der Kondensatoren sind folgende:

a) sie bewirken eine WechselstromauBgleiehsspannungsteilung sowohl in Vorwärts«» wie in Hüokwärtsrichtung für Ausgleiehsspannungen, die von außerhalb des Syetemes kommen, wie auch für die, die auf umgekehrte Lochvorrateerholungeeffekte, durch variable Kapazität bedingte Effekte und andere vom steuerbaren Gleichrichter selbst bedingtes Rauschen zurückführbar sind; -

b) sie begrenzen Einschaltspannungen durch Absorption der Einschalt spannung s energie. Es wird darauf hingewiesen, daß die gleichartige Aufteilung von Spannungsausgleiehen auf alle

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steuerbaren Gleichrichter nicht ausreicht, /enn zu hohe Spannungsspitzen vorhanden sind, die von diesen Kondensatoren absorbiert und eliminiert werden könnenj

c) die Kette von in Reihe geschalteten Kondensatoren leiten den Steuerelektrodenzündimpuls vom Impulstransformator zu jedem einzelnen steuerbaren Gleichrichter;

d) die Kondensatoren versorgen jeden steuerbaren Gleichrichter mit Anodenstrom während des Ansohaltens um den Strom im Anodenkreis aufreoht zu halten, der die Str'omladungs träger erzeugt, welohe für erfolgreiche Arbeitsweise notwendig sind, während lie die Spannung an der Anode aufrechterhalten und somit ein vorzeitiges Zusammenbrechen der Spannung eines jeden steuerbaren Gleichrichters, mit darauffolgender zu großer Überspannung an den benachbarten steuerbaren Gleichrichtern verhindern.

Patentanspruch e;

Claims

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Patentansprüche :

Zündsystem für mehrere in Serie geschaltete steuerbare Gleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der in Serie geschalteten steuerbaren Gleichrichter einen parallel geschalteten Widerstand und einen parallel geschalteten Kondensator im Anoden-Kathoden-Kreis zur Verteilung von stationären und Ausgleichespannungen zwischen den genannten in Serie geschalteten steuerbaren Gleichrichtern aufweist, und daß -ein Impulsgenerator—Kreis mit dem Steuerelektrode-Kathode-Kreis eines jeden der steuerbaren Gleichrichter verbunden ist, und daß der Impulsgeneratorkreis Impulse zum Zünden eines jeden Gleichrichters erzeugt, deren Größe mindestens tOOmal so groß wie der minimale Strom zum Zünden irgendeines steuerbaren Gleichrichters xberfraögpfc. ist.

2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Zündimpulses kleiner ist als die erforderliche Zeit zum Anschalten eines der steuerbaren Gleichrichter·

3. Zündsystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zehn steuerbare Gleichrichter vorgesehen sind.

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β Zündsystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von in Serie verbundenen

Spitzen

steuerbaren Gleichrichtern eine gesamte fSp^xaerirück- und Sperrspannung von wenigstens 10 000 Volt aufweist.

5· Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Impulse etwa ein Zehntel der Zeit beträgt, die zum Anschalten eines jeden steuerbaren Λ Gleichrichters notwendig ist.

6. Zündsystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der in Serie geschalteten steuerbaren Gleichrichter einen parallel verbundenen Widerstand und einen parallel verbundenen Kondensator im Anode-Kathode-Kreis zur Verteilung von stationären— und Ausgleichsspannungen auf jene Vielzahl von in Serie verbundenen steuerbaren Gleichrichtern aufweist und daß ein Impulsgenerator Kreis mit dem Steuerelektrode-Kathode-Kreis eines jeden steuerbaren Gleichrichters verbunden ist, daß der Impulsgenerator einen sättigbaren Drosselkern mit einer Primär- und Sekundärwicklung für jeden steuerbaren Gleichrichter aufweist, daß die Primärwicklung mit einem Hauptimpulsgenerator verbunden xnj&bc und daß die Sekundärwieklungf^it dem Steuerelektrode-Kathode— Kreis des entsprechenden steuerbaren Gleichrichters verbunden sind. /

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7. Zündsystem nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwiklungen in Serie miteinander verbunden sind.

8. Zündsystem nach den Ansprüchen δ und 7» dadurch g e k e η η ,ze lohnet, daß der Impulsgenerator eine erste Klemme hat,

die mit jedem Ende der Reihenschaltung der Primärwicklungen ver-J bunden ist, und daß der Impulsgenerator eine zweite Klemme aufweist, die mit einem in der Mitte gelegenen Punkt in ' der Reihenschaltung von Primärwicklungen verbunden ist.

. 9. Zündsystem nach den Ansprüchen 6,7 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen der sättigbaren Drosseln auf einer Seite des mittleren Punktes eine entgegengesetzte Bindungepolarität aufweisen, wie'jene auf der anderen Seite des mittleren Punktes.

10· Zündsystem nach den Ansprüchen 6, 7 und 8, dadurch g e k e η η -

mit
zeichnet, daß ms. der zweiten Anschlußklemme ein erster Koppelkondeneator verbunden ist, und daß die erste Anschlußklemme mit jedem Ende der in Serie geschalteten Primärwicklungen mittels' zweiter bzw« dritter Koppelkondeneatoren verbunden ist.

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11* Zündsystem nach Anspruch. 6, dadurch g e k e η η ζ eich.net, daß jede Primärwicklung direkt in Reihe mit dem parallel geschalteten Kondensator des entsprechenden steuerbaren Gleichrichters liegt.

12. Zündsystem nach den Ansprüchen 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Primärwicklungen miteinander in Serie geschaltet sind» (|

13· Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder parallel verbundene.Widerstand und Kondensator der steuerbaren Gleichrichter, durch erste und zweite den Strom begrenzende Widerstände mit der Kathode bzw. der Anode der steuerbaren Gleichrichter verbunden sind.

14. Zündsystem nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Induktivitäten an den Enden der in Serie geschalteten Primärwicklungen verbunden sind, um die Übertragung von Zündimpulsen auf solche Ketten von in Serie geschalteten steuerbaren Gleichrichtern zu verhindern, die nahe den ersten steuerbaren Gleichrichtern angeordnet sind.

15· Zündsystem nach den Ansprüchen 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder steuerbare Gleichrichter und ein . ' entsprechender Widerstand, sein Kondensator, seine sättigbare Drossel und ein Strombegrenzungswiderstand zusammen als entsprechende Untergruppe auf einem leitenden Schirmelement angeordnet sind. /

»«on« ^ /(1077

16. Zündsystem nach den Ansprüchen 1 und 13» dadurch, gekennzeichnet, daß jeder steuerbare Gleichrichter eine zugehörige, die Steuerelektrode schützende Zenerdiode aufweist, die über dessen B'ceuea elc^trode-Kathode-Kreis geschaltet ist.

17. Zündsystem nach den Ansprüchen 1, 13 und 16 dadurch g e k e η zeichnet, daß jeder steuerbare Gleichrichter, sein zugehöriger Widerstand der Kondensator, die sättigbare Drossel, die Zenerdiode und einer der Strombe&renzungswiderstände zusammen als entsprechende Untereinheit auf einem leitenden Schirmelement angeordnet sind.

18, Zündsystem nach den Ansprüchen 1, 13 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder steuerbare Gleichrichter,. sein entsprechender Widerstand, sein Kondensator, die Zenerdiode und einer der Strombegrenzungswiderstände als entsprechende Untergruppe zusammen auf einem leitenden Schirmelement angeordnet sind·

19· Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kondensator in Serie mit einer entsprechenden Zenerdiode liegt, wobei jede Zenerdiode im Steuerelektrode-Kathode-Kreis des entsprechenden steuerbaren Gleichrichters liegt um einen Teil des Impulsgeneratorkreises zu bilden, und daß der Impulsgeneratorstromkreis impulserzeugende Mittel einschliesst, die an gegenüber- . liegenden Enden der Kette von Kondensatoren miteinander in Serie liegen.

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20· Impulsgenerator gekennzeichnet durch

- eine Spannungsquelle, einen steuerbaren Gleichrichter, Stromverzögerungsmittel, einen Ausgangskreis und Zündeinrichtungen, wobei die Spannungsquelle, der Ausgangskreis, die Stromverzögerungsmittel and der Anode-Kathode-Kreis des steuerbaren Gleichrichters in Serie liegen, und wobei die Stromverzögerungsmittel den Anstieg des Stromes über einen vorherbestimmten Wert durch den steuerbaren Gleich- g riehter verzögern, nachdem der steuerbare Gleichrichter gezündet worden ist, bis der steuerbare Gleichrichter" im wesentlichen ganz ionisiert ist.

21· Impulsgenerator nach Anspruch. 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsmittel eine vorgespannte, sättigbare Drossel enthalten.

22, Impulsgenerator nach den Ansprüchen 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis die Primärwicklung eines sättigbaren Kernes ent «* hält und daß die Primärwicklung des sättigbaren Kernes einen höheren Magnetisierungsstrom hat, als der Magnetisierungsstrom der sättigbaren Drossel.

23· Impulsgenerator nach den Ansprüchen 20, 21, und 22, dadurch gekennze lehnet, daß die sättigbare Brossel sich etwa zwei Mikrosekunden nach dem Zünden des steuerbaren

. Gleichrichters sättigt·
■ ■ ' . , ■ ./- ■

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24· Impulsgenerator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle einen mit einer vorbestimmten Spannung aufgeladenen Kondensator aufweist,

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