DE1438352A1 - Gleichumrichter - Google Patents

Description

• Gleichümrichter ----------------- Zusatz zu Patent . ... ... (S 73 398 VIIIb/21d1) Im Hauptpatent ist ein aus rransistorwechselrichter, Übertrager und naschgeschaltetem Gleichrichter mit Badekondensator bestehender Gleichumrichter beschrieben, bei dem der Übertrager in der Diagonale einer aus zwei Kondensatoren und: zwei bezüglich ihrer Kollektor-Emitterstrecken in Serie geschalteten Transistoren gebildeten Brückenschaltung so eingefügt ist, daß er die Mitte der Kondensatoren und die Mitte der beiden Transistoren verbindet und bei dem die Eingangsgleichspannung an die andere Brückendiagonale angelegt ist und die Wechselseitige Steuerung der Transistoren über ihre Basiskreise durch vors Übertrager abgeleitete Spannungen erfolgt, und bei dem nach latent . ... ... (S 73 398 VIIIb/21d1) der Übertrager in einen Hauptübertrager und einen Steuerübertrager aufgeteilt ist, wobei die Primärwicklung des Hauptübertragers, dessen Sekundärwicklung den nachgeschalteten Gleichrichter speist, unmittelbar in der Brückendiagonale angeordnet ist, während der Steuerübertrager mit seiner Primärwicklung über einen Vorwiderstand parallel zur Primärwicklung des Hauptübertragers liegt und im Basis-Emitterkreis eines jeden Transistors je eine Sekundärwicklung des Steuerübertragers so liegt, daß ein an der Primärwicklung.auftretender Impuls jeweils den einen Transistor durchsteuert und: den anderen Transistor sperrt, daß ferner die Streuinduktivität des'Hauptübertragers und des Steuerübertragers so klein bemessen sind, daß die Zeit für den Stromanstieg kurz ist iul. Vergleich mit

  der Halbperlode der viechselrichterspannLuig und daß die Eint-

  ladezeitkonstante des dem Gleichrichter unmittelbar und par-

  allel nachgeschaltetem Kondensators zusammen mit dem niedrig-

  sten Lastrh;iiderstand-groß ist im Vergleich zu-einer Halb-

  periode

  Im Hauptpatent ist bereits auf eine Weiterbildung des Gleich-

  ümrichters hingewiesen, bei der jeder der Transistoren durch

  zwei Transistoren derart ersetzt ist, da13 die Kollektor-Lrsit-

  terstrecken der beiden Transistoren mit je einem parallel ge-

  schalteten lifderstand und je einem parallel geschalteten

  Kondensator in :reihe geschaltet sind und bei der in den Basis-

  Emitterkreisen der Transistoren je eine Sekundärwici#lLUZg de

  Steuerübertragers, so liegt, daß ein an der Primärwicklung :auf-

  tretender Impuls jeweils die in einem Brückenzweig liegenden

  Transistoren durchsteuert und die im anderen Brückenzweig

  liegenden Transistoren sperrt. Durch diese -Maßnahme ergibt--

  sich bereits eine Anördnung:, die gegenüber dem eingangs be-

  schriebenen Gleichumrchter mit nur zwei. Transistoren Gien Vor- -

  teil aufweist, - daß sie für höhere Eingangsgleichspannungen ge-

  eignet ist, oder daß Transistoren mit geringerer Sperrfähig--

  keit verwendbar sind.

  reine solche Gleichrichteranordnung ist in der schema-

  tisch dargestellt: Bei dieser Schaltung sind- in jedem Brüc#-en-

  zweig zwei in Serie geschaltete Transistoren Tr, , 'fr 2 bzw. 1r3,

  1r4 vorgesehen: Die Steuerung im Basiskreis erfolgt über den

  Steuerübertrager Ü2:- Der Steuerübertrager-Ü2 hat einen klei-

  nen Eisenquerschnitt und. wird bis in die Sättigung gesteuert:

  In. der Sperrphase liegt dabei die Batteriespannung bzvr. Ein-

  gangsgleichspannung- U@ an zwei in Reihe liegenden Transisto-

  ren. Um eine gleiche Spannungsaufteilung trotz verschiedener

  Sperrströme zu gewährleisten, ist ein ohmscher Spannungsteiler

  aus den vier Widerständen R .i ... R4 parallel zur Batterie geschaltet. Jeder einzelne Widerstand Ri ... R4 dieses Spannungsteilers liegt dabei parallel zu einer Köllektor-Emitterstrecke der vier Transistoren Tr1 ... Tr4. Um auch im Schaltbetrieb eine gleiche Spannungsaufteilung zu ermöglichen, liegt parallel zu jedem Widerstand R1 ... R4 noch ein: Kondensator.. Der Spannungsteiler bringt allerdings einen gewissen Jirkungsgradverlust mit sich. Darüber hinaus verflachen die Kondensatoren wegen. ihrer endlichen. lade- und Entladezeit beim Umschalten die steilen Spannungsflanken und erzeugen so Transistorumschaltverluste. Außerdem ist im Kurzsohlußfall eine einwandfreie Spannungsverteilung wegen der unterschiedlichen Schaltstromverstärkung an den in Serie ge-

  schalteten Transistorenksgewährlezstet.

  nicht

  Zur weiteren Vervollkommnung des Gleichümrichters nach dem Hauptpatent wird daher der Gleichumrichter gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die Brückenschaltung des Transistorwechselrichters mit einer oder mehreren gleichen Brückenschaltungen bezüglich ihrer an der Eingangsgleichspannung liegen.-den Diagonale so in Serie geschaltet sind, daß die beiden Pole der Eingangsgleichspannung an die Serienschaltung dieser Diagonalen angelegt ist und daß nur ein Hauptübertrager vorgesehen ist, der für jede zusätzliche Brückenschaltung eine weitere Primärwicklung aufweist und daß am Steuerübertrager für jede weitere Brückenschaltung je zwei weitere Sel--undärwicklu.-gen für die Gegentaktsteuerung der Basiskreise der Transistoren der'zusätzlichen Brückenschaltungen vorgesehen sind.
• Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 2 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele und anhand der Diagramme nach den Figuren 3, 5, 6 und 7 näher erläutert. In der Fig.2 ist ein Gleichumrichter dargestellt, bei dem die aus den Kondensatoren C1, C2 einerseits und den Transistoren-Trl, Tr2 anderer-

  seits gebildete Brückenschaltung mit der Brückenschaltung@sus

  den Kondensatoren G3, 0 4 und den Transistoren-Tr3, Tr4 bezüg-- _

  lieh der an der Eingangsgleichspannung UE liegenden Diagona-

  len in Serie geschaltet sind. Jede dieser Brückenschaltungen.

  ist jeweils ein Teil eines Wechselrichters. Die eingangssei-

  -tige Spannungsteilung erfolgt durch die Kondensatorenkette der

  vier Kondensatoren C' :.. C4. Jeder Wechselrichter ist für

  die halbe Batteriespannung bzwEingangsspannung ausgelegt.

  Die in den Brückendiagonalen liegenden Primärwicklungen sind

  auf einem gemeinsamen Kern zu dem Hauptübertrager Ül zusammen- -

  gefaßt. Dieser Hauptübertrager Ü1 ist so bemessen, daß der

  Eisenkern unterhalb seiner Sättigungsgrenze angeateuert ward..

  Die Steuerung auf der Basisseite der Transistoren Tri ... Tr4

  erfolgt über den getrennten Steuerübärtrager ü2 mit kleinem Eisen-

  querschnitt. Der Steuerübertrager Ü'2 wird über den Vorwider- - .

  stand Rv vom Hauptübertrager Ü1 aus in die Sättigung gesteuert.

  Es entstehen dabei Lücken-zwischen Kollektorstromabfall und

  Sperrspannungsanstieg an den Transistoren Tri ...:Tr4" die ge-

  ringe Umschaltverluste gewährleisten. _

  In der Fig.3 ist jeweils der zeitliche verlauf des Kollektor-

  . Stromes J, bzw. der Kollektor-Emitterspannung UOE an einem

  Transistor bei einer Eingangsspannung UB = 62,7 T und einem.

  .Eingangsstrom von 980 mA- aufgetragen: Die Ausgangsspannung .-

  betrug däbei U= 25.,2 V und der Ausgangsstrom JA - 2,22 p._

  Eine der erwähnten Zücken ist in diesem Diagramm- an. der Stelle

  des Kollektorstromabfalls bzw: des Sperrspannungsanstieges deut-

  lieh erkennbar. -Für beide Wechselrichter wird auch nur ein -

  Steuerübertrager Ü2.mt vier Steuerwicklungen n' ... n4 bend-

  tigtDe` Steuerung d.er Transistoren. Tri ... Tr4 erfolgt-so,

  daß in jedem Wechselrichter je ein Transistor in Durchlaß- bzw.

  in Sperrichtung geschaltet wird. Die maximale Sperrspammung, #'

  die an einem der Transistoren Tri ... Tr entstehen kaan' ist "-_ -.

  i dabei gleich der halben Batteriespannung, also bei einer 72 V-Batteriespannung nur 36 V. Durch entsprechendes Hinzufügen weiterer Brückenschaltungen kann der dadurch entstehende Gleichumrichter auch für noch höhere Batteriespannungen bei gutem Wirkungsgrad verwendet werden. Ferner kann das 2rznzip der eingangsseitigen Reihenschaltung und ausgangsseitigen Parallelschaltung der Brückenanordnungen von Gleichumrichtern auch auf beliebige andere Wechselrichter-Schaltungen angewendet werden. Fig.4 zeigt ein Gesamtschaltbild eines Gleichumrichters nach der Erfindung mit zwei in Serie betriebenen Brückenschaltungen. Die Kondensatoren Gl, C2 bilden zusammen mit den Transistoren TslTs2 eine Brückenschaltung und die Kondensatoren-03, 04 zusammen mit-den Transistoren Ts3, Ts4 die andere Brückenschaltung. Der Hauptübertrager Ü1 weist zwei Primärwicklungen auf, von denen jede je in eine Brückendiagonale eingeschaltet ist. Der Steuerübertrager Ü2 liegt mit seiner Primärwicklung über dem*Widerstand R, parallel zu einer der Primärwicklungen des Hauptübertragers Ü1. Die vier Sekundärwicklungen ni ... n4 des Steuerübertragers liegen in den Basis-Emitterkreisen der Transistoren Tsl ... Ts4. In die Basis-Emitterkreise der vier Transistoren Tsi ... Ts4 ist jeweils die Parallelschaltung eines Widerstandes R2 ... R5 mit einem Kondensator 05 ... 08 emitterseitig eingefügt. An der Sekundärwicklung des Hauptübertragers Ü@ liegen die beiden Gleichrichter G11 und G12 mit Ladekondensator 09. Zur weiteren Siebung sind ausgangsseitig die Längsdrossel Z2 und der Querkondensator 010 vorgesehen. Eingangsseitig ist zwischen den Eingangsklemmen und der Kondensatorenkette 01 ... C4 die Drossel Z1 eingeschaltet. Der Gleichumrichter nach Fig.4 liefert bei Anschluß an eine Eingangsgleichspannung von 60 V und bei einer speziellen Bemessung eine Ausgangsspannung von 24 V und ist mit einem Strom von 2,2 Amp: belastbar. Eine derartige Ausgangsleitung-läßt sich z-.B. ohne weiteres mit vier Transistoren TF 80/60 realisieren. Einen um 2 höheren Wirkungsgrad erreicht man, wenn die vier Transistoren TF 80/60 durch vier Transistoren der Type AD 105 ersetzt werden: Man hat dabei gleichzeitig den Vorteil, dem Gleichumrichter eine höhere Nutzleitung von etwa 100 Watt entnehmen zu können. Ferner ergibt sich dann auch eine geringere lästabhängigkeit der Ausgangsspannung: Das Starten des Gleichumrichters erfolgt in der gleichen Weise wie bei dem Gleichümrichter nach dem Hauptpatent durch einen. Impuls von der Batteriespannung aus, entweder über eine Hilfewicklung auf dem Hauptübertrager Ü1, oder, wie in der Fig.4 dargestellt, an der Basis eines Transistors, der dann über den Steuerübertrager Ü2 die entsprechenden Transistoren anstößt. Der Start erfolgt über den Relaiskontakt s1, wobei die Erregerspule des Relais S über das Zeitglied P, ö, 011 an der Ausgangsspannung bzw:-parallel zum Badekondensator liegt. Der Kontakt s2 des Relais S legt nach dem Anschwingen die Last an. Bei Kurzschluß an den Ausgangsklemmen bricht die -Spannung an der Rela.swicklung zusammen und. der Startimpuls wird im Takt des Zeitgliedes so lange gegeben, bis der Kurzschluß behoben ist. Eine Sgnalislerung kann damit ebenfalls betätigt werden..: Wie aus der Kurve nach Fig. 5 ersichtlich, die den Wirkungsgrad f1 eines Gleichumrichters nach Fig.4 Zn Abhängigkeit von der abgegebenen Leistung N, zeigt, ergibt sich in einem weiten Lastbereich ein Wirkungsgrad @ @ad%. Die Gesamtzrerl uste Nv in Abhängigkeit von der abgegebenen Leistung Na sind. in der Pigv6 dargestellt. Die .Abhängigkeit der Ausgangsspannung UA von der Last Na bzw. vom entnommenen. Ström Ja zeigt die Kurvenach Fig.7.
• Wie ersichtlich, ergibt sich-in einem weiten Lastbereich lediglich eine Änderung der Ausgangsspannung von +1,5%. Die Schaltfrequenz -war-bei dem beschriebenen. Ausführungsbeispiel auf

  ca. 2 KHz festgelegt. Diese Schaltfrequenz ändert sich zwi-

  schen Leerlauf und Vollast nur wenig, d.h.,nur°um ca. 20 Hz.

Claims (1)

1. P a t e n -t a n s p r u c h ----------------------------- Aus Transistorwahselrichter, Übertrager und nachgeschaltetem Gleichrichter mit Ladekondensator bestehender Glechumrichter, bei dem der Übertrager in der Diagonale einer aus zwei Kondensatoren und zwei bezüglich ihrer Kollektor-Emitterstrecken in Serie gesdhalteten Transistoren gebildeten Brückenschaltung so eingefügt ist, däß er die Mitte der Kondensatoren und :die Mitte der beiden Transistoren verbindet und bei dem die Eingangsgleichspannung an die andere Brückendiagonale angelegt ist und die wechselseitige Steuerung der Transistoren über ihre Basiskreise durch vom Übertrager abgeletete'Spannungen erfolgt, und beidem nach Patent . ... .a (S 73 398 VIIIb/21d1; DAS 1 244 281) der Übertrager in einen Hauptübertrager und. einen Steuerübertrager aufgeteilt ist, wobei die 2rimärwickl.ung des Hauptübertragers:, dessen Sekundärwicklung den nackigeschalteten. Gleichrichter speist, unmittelbar in der Brückendiagonale angeordnet ist, während der Steuerübertrager mit seiner Primärwicklung über einen Vorwiderstand parallel zur Primärwicklung des Hauptübertragers liegt und im Basis-Emitterkreis eines jeden. Transistors je eine Sekundärwicklung des Steuerübertragers so liegt, däß ein an der Primärwicklung-auftretender Impuls jeweils den einen Transistor durchsteuert- und. den. anderen Transistor sperrt, daß ferner die Streuinduktivität des Hauptübertragers und des Steuerübertragers so klein bemessen sind, daß die Zeit für den Stromanstieg kunz ist im Vergleich mit der Halbperiode der W.echselrchterspannung und daß di-e Entladeizeitkonstante des dem Gleichrichter unmittelbar und parallel nachgeschalteten Kondensator s @u*sien gl , dem niedrigsten lastwderstan°@groß ist im Vergleich, Zu seiner -Halbperiode, dadurch gekezechnet ff -- daß. die -Brücken-. schaltung des Transistorwechselrichters xnit einer oder mehreren @;!echen BrüchenechiUtunge. an. eaer i._ r " '.Lie bei(4r#n .Pz).Le #_icer:e,Zi'@ die 3-zrienechaituntÄix-JU z.-_ nur a_Lri Und daß 3m (,1n,.=r J e zwei weitere yi?i...@a@.;. i t..1. e td'e' ii t de -i-_'--L Ollc'._.