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Selbstschwingender Wee . hselrichter mit ateuerbaren Halbleitergleichrichtern.
Steuerbare-Halbleitergleichrichter sind bekanntg zum'Beispiel. aus der Zeitschrift
Proceedings of the I.R.E. von September 1956, Seiten 1174 ff. Diese
Gleichrichterg die
auch als Thyristoren bezeichnet wercLen, haben Eigenschaften,
die mit denen von Thyratrone vergleichbar sind. Sie ermöglichen die Schaltung verhältnismässig
groaser Ströme.
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Im nicht-leitenden Zustand ist der Thyristor in beiden Richtungen
gesperrt, mit Ausnahme eines kleinen Leckstroms von der Grönsenordnung von einem
oder wenigen Milliamperoo' Die Spannung bei der der Leckstrom unzulässig hoch wird
und/oder ein Durchschlag auftritt ist verhältnismüssig hoch und wurde zum Beispiel
für Siliziumthyristoren bereite bin zur Gröenenordnung von einigen hundert Volt
gebracht.
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Der Thyristor läset sich bereits durch eine kurzzeitige kleine Stromeinspritzung
in nur einer Richtung leitend machen. Die zulässigen Ströme sind dabei hoch.
Es gibt bereits Thyrietortypen fÜr SpitzenstrUme von 150 Ampere. Sogar
bei grossen Strömen ist der Spannungeabfall Ube# *einem Thyristor gering, d.h. von
der Gröaaenordnung von einem Volt im Vergleich zu demjenigen Über einem Thyratron,
der von der GrÖssenordnung von 10 Volt ist. Die Verluste im Thyristor sind
denn auch gering und eine Stromumforaung mit Thyriatoren kann somit bei erheblich
höheren Energie- und Spannungeniveaus erfolgen,
als bisher mit Hilfe
von Transistoren möglich war.
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Ein Thysristor wird wieder nicht-leitend, wenn der hinaurchgelussene
Strom unter einen niedr.gen Grenzwert, den sogenannten Haltestrom, 12bsinkt. Unterhalb
dieses Wertes' weraen im Thyristor nicht länger eine genügende Anzahl von Laduncsträgern
erzeugt, um seine typische Leitfähigiceit aufrechtzuerhalten.
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Figur 1 der Zeichnung zeigt linke schematisch einen bekannten
Typus eines steuerbaren Halbleitergleichrichters oder Thyristors, mit aem gleichen
Bau wie ein Flächentranaistor vom NPNP-Typ, bei aem der Emitter 1 vom N-Typ,
die Basis'2 vom
P-Typ, und der sogenannte "hook-collector" 3 zwei Schichten
vom N- bzw.-P-Typ enthält. In Bezug auf steuerbare Gleichrichter werden aiese
Elektroaen -iuch anders-bezeichnet, zum Beispiel wird die Bezeichnung "Source" oder
Quelle anstelle von Emitter, tig..i.te" oder Tor statt Basis und "drain" oder Abfluss
oder manchm--.I Anode statt Kollektor verwendet. In Ermangelung- einer br-uchburen
und allgemein erkannten Terminologie werden jedoch niachstehend aie Bezeichnungen
Emitter, Basis oder l-')teuerelektrode und eLolle4tor benutzt.
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Wechselrichter oaer Spannungs- o*der S#"romumformer mit steu-erbären
Halbleitergleichrichtern sind bekannt, zum Beispiel aus der Zeitschrift 11--,lectronies"
vom 28. März 19589
Seiten 52 - 55. Dieuisher beschriebenen Wechselrichter
mit solchen Gleichrichtern enthalten jedoch irgendeine Quelle von Steuerimpulaen
zur perioaischen Zündung der ü'leichrichter, mit under#;n Wilrten, sie sind nicht
selbstschwingend. De:# Gedanke"
einen selbatschwingenden Wechselrichter
mit eteuerbaren Halbleitergleichriohtern zu-.biuen, liegt selbstverständlich auf
der Hand, und eine entsprechende Bemerkung findet sich iia angeführten Artikel aus
"Eleetr,.)nies". Dort wird jedoch nur gesagt, daso.ein durch eine Wechselspannungequelle
gesteuerter oder synchronisierter Wechselrichter durch Anwendung regenerativer RUckkopplung
selbstschwingend gemacht werden kann; eine konstruktive Lösung wird nicht gegeben.
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Bei einem Wethselrichter ist es erforderlich, den Thyristor weohaeiweise
und mit einer gewissen Periodizität aus dem nicht-leitenden in den leitt--nden Zustand
zu bringen und umgekehrt.
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Weil es unmöglich ist, den Strom durch einen gezündeten Thyristor
zu unterbrechen bevor er von selbst.erlischt, stellt die Anwendung des bekannten
Prinzips der regenerativon Rückkopplung mehrere Probleme.
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Erstens ist ein Halbleitergleichrichter oder ,Thyrietor Aein VerstärKerielement,
mit dem sich eine Übliche selbetechwingende Schaltung dadu reh erzielen lässt, daso
eine regenerative Rückkopplung auf einen Verstärker mit einer LeerlaufverstärÄung
von mehr uls eine angewandt wird. Bei -einem Thyrietor muss man anders verftthren
und aus den Strom-oder Spannungeänderungen im Ausgangeiireie eine Impulereibemit,einem
In Bezug auf diese Aenderungen bestimmten Phasenveichältnie ableiten.
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Zweitens soll dieses Phasenverhältnie die Tatsache berÜcKeichtigeng
daso der Thyristor infolge von Speicherung
freier L-Aungstriiger
eine nicht-vernachlässigbare Eigenverzögerungezeit aufweist.
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Seine Einschaltgeschwindigkeit ist hoch: seine Einsetialtzeit ist
höchstens von einigen /usek. Seine Aus-"elialtzeit ist jedoch länger und titLnehmal
von der Gröseencranung von einigen zehn ;/usek. In der Praxis wird sie auch uur"h
die Schaltung und weitere Betriebsverhältnir:,ae mit bestimmt, so da,-a es sich
empfiehltg an Hand von Messungen in einem bestimmten Kreis festzustellen, wieviel
Zeit zwischen dem Ze itl.unkt verläuft, in dem der Thyristor nichtleitend werden
wÜrde, wenn seine.Aussahaltzeit Null wäre, und dem Zeitpunkt.' von dem an er effektiv
gesperrt igt. jiese Ausschaltzeit beschräriÄt nicht nur di.e Arbeitsfrequenz sondern
zwingt auch, darür Sorge zu tr'agen, dase nicht unnötig viele fre#,#e Ladungsträger
in die Basiazone kurz vor dem Augenblick injiziert werden, in dem-der Thyristör
erlöschön muse; die Zündspannung muss slomit die Form eines kurzeft ächarfen Impulses
aufweisen, dessen Charakter sich von demjenigen den während einer halben Periode
h.-#*.ndurch-gelassenen St'romes stark unterscheidet und derhinreichend lange- vor
dem augenblick, in üem der Thyristor erlöschen muse, beendet sein &uns.
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Drittens will man nutürlich die Einschaltverluste und somit die Lnergie,-die
in Form dieser Zündimpulse verloren geht, möglichst besehr änken. Die Amplitu,de
dies-er Impulse soll deshalb-nicht unnötig hoch gewählt worden ünd'ele miteobn möglichst
kurz sein; .Die vorliegende Erfindung bezieht eich auf einen
selbstschwingenden
Wec.hselrichter iiiit mindestens einem steuerbaren Hulbleitergl#ichrichter und einem
induktive und kapuzitive Elemente enthaltenden iusgangskreis, der über den Gleichrichter
von einer Quelle der umzuwandtlnden Spannung ungestossen wird und die-Arbeitsfrequenz
des Wechselrichters mitbestimmt. Die Erfindung bezweckt, einen besondere einfachen
und zufriedenstellenden Wechselrichter dieses Typus zu schaffen.
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Der Wechselrichter nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dase sein Ausgangskreis mit einer Last, durch C>
die erunterkritisch gedämpft
wird, und über ein Uebertragungeelement mit einer re,-hteckigen Hystereseschleife
mit dem Kreis der Steuerelektrode des Gleichrichters gekoppelt ist, wobei die Anordnung
derart getroffen ist, dase nach jedem Nulidurchgang dea*Stromes durch ein reaktives
Element des Ausgangskreiaes CD das Uebertragungselement mit einer einstellbaren
Verzögerung aus dem einen Polarisationazustand in den entgegengesetzten Polarisationazustand
umklappt, wodurch Impulse erzdugt werden, die der Steuerelektrode des Gleichrichtern
als Zündimpulee zugeführt werden.
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Vorzugsweise besteht das Uebertragungselement aus einem Kern aus einem
ferromagnetischen Material, der mit eine rmit dem Ausgangskreis gekoppelten PrimärwicklUng
und einer mit der Steuertlektrode des Gleichrichters verbundenen SekundärwicÄlung
versehen ist. Mittels einen solchen Elementen längt elch die Phase des ZUndimpulsee
leicht ändern, zum Beispiel durch die Wahl eines ferromagnetiechen Material mit
der gewünschten.Koorzitivkruftg mit Hilfe einer Vormagnetisierung
ouer
eines mit dem,Uebertragungselement gekoppelten Kreises@ mit bestimmter Zeitxonstante.
Ausserdem*sind die durch einsolches Element erzeugten Impulse hinreichend kurz und
scharf und von praktisch konstinter ,implitude.
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Das Uebertr-z-ungselement kann auch aus einem Kondensator bestehen,
dessen Dielektrikum ein ferro-elektrischea Material, zum Beispiel Bariumtitanat,
enthält.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung ngher erläutert,
in der Figur 1 zwei schematische Darstellungen eines eteuerbaren Halbleitergleichrichters
zeigt.
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Figur 2 ist das elektrische Schaltbild einer ersten .ausfUilrungsform.
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.Die Figuren 3 und 4 sind Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise
dieser Ausführungsform.
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Die Figuren 5 und 6 sind Schaltbilder zweier weiteren
Ausführungsformen.
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Figur 7 ist ein«Diagram zur Erläuterung der Arbeiteweise aes
Ausführungsbeispieles'nach Figur 6.
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Figur
1 zeigt rechte ein allgemein ablichen Symbol zur Darstellung
eines steuerbaren Halbleitergleichrichters oder Thyristors. Der Emitter
1 , der zum Beilpiel vom N-Typ -sein kann, ist als die Kathode einer Diode
dargestellt. Die Steuerelektrode oder Basis 2, zum Beispiel vom P-Typ,-lat durch
einen Pfeil dargestellt und der "hook collectorm
3, der zum Beispiel aus
einer N-Schioht und einer P-Schicht besteht, ist alt die Anode einer Diode dargestellt.
Eine
erste Ausführungeform des selbstschwingenden Wechselrichters mit einem steuerbaren
Halbleitergleichrichter nach der Erfindung ist in Figur 2 schematisch dargestellt*'
Eine Gleichstromquelle 4 mit einer Plus- und einer Minusklemme. ist an die Reihenschaltung
eines Halbleitergleichrichtere oder Thyristors
5 und eines üusgangax#reises
angeschlossen, Lier eine Selbstinduktion
6 und einen ßelastungewiderstand
enthält, der mit einem Kreis
7 bestehend aus induktiven und kapazitiven Elementen
9 bzw.
10 gekoppelt ist. Die Reih'enschaltung der Selustinauktion
6 und des Kreises
7, mit dem die Last
6 gekoppelt ist, bildet
einen unterjiritiech gedämpften Kreis, aer von der Gleichstrom"uelle 4 über den
Thyristor
5
in dem Augenblick angestossen werden Kann, in dem der Thyristor
mittels seiner Steuerelektrode leitend gemacht wird. In Reihe mit dem Kondensator
10 liegt eine Wicklung
11. Diese Wicklung ist auf einem Kern aus einem
ferromagnetischen Material mit einer Hystereseschleife'rechteckiger Gestalt, zum
Beispiel aus Ferroxcube, vorgesehen. Dieser Kern 12 trägt eine zweite Wicxlung
13, die zwischen dem 1#Xitter und der Steuierelektrode des Thjristors
5 angeschlossen ist, derart, daas einen Augenolick nach einem Nulldurchgarig
des den aue-dem Kondensator
10
und der Wicklung
11 bestehenden Zweig
des Ausgangskreisee durchfliessenden Stromesq der Kern 12 mit einer bestimmten Verzögerung
aus dem einen in aen entgegengeBtezten Polarisationszustand umklappt und einen Impuls
in der Wie41ung
13 erzeugt. Lieser Impuls bewirkt, daso der Thyristor
5 erneut leitend wird.
Um den Selbstanlauf des Wecheelrichters
zu bewirken# ist ein von einem Widerstand
15 Überbrückter Kondensator 14
zwischen Emitter und Kollektor des Thyjrintorn geschaltet. Der Widerstand
15 lässt nur einen sehr kleinen-Gleichstrom durch, während im Augenblick,
ini dem der Umrichter mit den Klemmen uer Quelle 4 verbunden wii-d, ein Spannungeimpule
übeir
den
Kondensator 14 an den AusgangsKreie gelegt wird und diesen Kreis
zum ersten Male anstöset. Der Widerstand
5 dient zur Entladung des Kondensators
14 beim Wiederausachalten des Umrichters, ,Die Diagramme der Figuren
3 und
4 zollen zur Erläuterung der Arbeiteweise der Schaltungsanördnung nach Figur 2 dienen.
Der Äusgangskreie mit der Induktanz
6 und.dem Krein
7
hat induktiven
Charakter. Wenn der Krein
7 vom Widoratand-ö
| sehr stark* gedämpft, zum Bsispiel |
| wäre, würde.beim Einschalten des Wechselrichtern und
den |
| Thyristors 5 der Strom durch dieben Kreis etwa linear
zunehmen" |
| wie durch.die Kurve I der'?igur 3 dargestellt wird.
Wenn der |
| Kreis 7 etwae weniger stark gedämpft wäreg wUrde Sioh
der |
| Einfluss Lieg kapazitiven Elemente@ 10 diesen Ertioes.
bemor;#b&,7A |
| machen, so daso die Stromzunahme beim Einaohalten etwa den |
| Verlauf der Kurve II der Figur 3 au#weie$n%wflrdoo
* Z& sinA-Le |
| kritischen Wort des Widerstandes 8 wtedc der Strom durch
den |
| BelastüngsÄreie zuniaichot zunehmen und einen Isuchetwort |
| dann wieder a7uf den Wert Null herabfallen =d -achliteblioä |
| wiederum, aber viel weniger steil, zunehmen, wie
di*JKUve III |
| der Figur,3 daratellt. Wäre der Kreij - 5 9 7 VÖllie
unbeltstet |
oder ungeaämpftt was praktisch nicht verwirklichbar intg so würde
der Strom duruh diesen Areis nach einem ersten Stone sinusförmig verlaufen, wie
durch die Kurve V der Figur
3
dargesteilt wird. Um die Wirkung des Wechselrichters
zu gewährleisten, muse die effektive Induktanz-der Wic41ung
9
möglichst groso
und wenigstens grösser :ils das II-fache der Induktanz
6 sein, bei ßelastung
entsprechend grösser. Weiter muse der ßelustungswiderstana
G so bemessen
weruen, aase der Areis
6, 7 unterkritisch gedämpft wird, so aase die Aenderungen
ue.--diesen Kreis durchfliessenclen Stromes eine der Form der Kurve IV der Figur
3 ähnliche Gestalt annehmen, die zwischen Jen Formen der Kurven III und V
liegt.
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In Figur 4 ist wiederum der Verlauf des Stromes durch Aden Kreis
6, 7 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt, wobei angenommen wira, aase
dieser i#reis unterxritisch gedämpft ist und dase der Thyristor 5 regelmässig
uhd jeweils mit einer geeigneten Phase wiede; leitend wird. Im Zeitpunkt'ti ist
der Thyristor 5 eben wieder leitend geworden, wodurch die Zunahme dea Stromes
i k durch den Kreis 6, 7 auf einmal viei steiler wird, wie durch die Kurve
K dargestellt ist. Die Kurve G in Figur 4 stellt den Strom 1 9 durch
den Thyristor 5 dar. Wenn der Strom ik wieder abnimmt und Null wird, wird
auch der Strom i 9
durch den ff.tryristor gleich Null und dieser Thyristor
erliecht. Ler Strom i k schwingt jedoch weiter und im Zeitpunkt t2 k'aPPt
der Kern 12 aus dem einen Polarißationazuatand in den entgegengesetzten um, so dase
über.aer Wicklung 13 ein Impuls erzeugt wird. Dieser Impuls i t ist jedoch
negativ, so dass, der Thyristor
5 dennoch gesperrt
. bleibt. Im Zeitpunkt t 39 nach einem zweiten Nu--!lc,urchgang ries
Stromes ik, klappt aer Kern 12 wiederum in seinen ersten Polarisatiunazustand um
und erzeugt dabei einen positiven Impuls;, durch den der Thyristor 5 in dem
leitenden Lustand gebracht wird.
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Im vorstehenc# be#:ichriebenen Wechselrichter mit nur einem Thyristor
besteht keine Gefahr einer RÜckzündung: nachdem a-er Strom aurch den Thryistor im-Zeitpunkt
til (Figur 4) ew#Uf c-tv..a Null ist liegt UJie Spannung Über ihm während
CD 21 in der Rückwärtsrichtung.
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einer völli-en Halbperiode t t .Diese Zeit genügt reichlich zum Verschwinden
der im Thyristor iff-. Zeitpunkt ti 1 ricel, vorhanaenen freien Laaungsträger.
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Ganz anders steht die Sache bei einem Wechselrichter mit mehreren,
wechselweise leitenden Thyristoren. Bei solchen Wechi:elrichterr. darf Jedker Thiristor
mListens nicht gezündet .würden, bevor der Thyristor, der gerade vorher leitend
war, effextiv völlig gesperrt ist, d.h. nicht bevor der grössere Teil der in diesem
Thyris"tor gespeicherten freien Ladungsträger aus ihm verschwunden sind. Daraus
ergibt sich die Notwendigkeit, jeden Thyristor erst mit einer bestimmten Mindestverzögerung
in Bezug auf den Zeitpunkt, in dem der Strom durch den vorhergehenden Thyristor
aufhört, zu zu'nde.n..
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Figur 5 ist das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform den
Wechselrichters nach der Erfindun.Z. Liese Ausführungsform enthält zwei Über der
Spannungsquelle 4 in Reihe geschalteter, Liyristoren 5 und P, die
wechselweise leitend gemacht werden. Der Ausgangskreie des Wechselrichters enthält
wiederum
eine Induktanz 6 unu einen Kreis 'i', de,#, iaus
eitler In(luktanz 9
und einem Kondensator 10 besteht. Ein belastungewiderstand
8
ist mittels einer mit iler Inüuxztanz 9- gekoppelten Wicklung.98
mit dem Auf3gaagsxreie 6, 7 gekoppelt. In Reihe mit dem Konden-Gator
10 sind im kapazitiven Zweig den Kreises 7 zwei Wicklungen
11 und 111 geschaltet. Jede der Wicklungen 11 und
111 ist auf einem Kern 12 bzw. 121 aus einem ferromagnetiochen Material mit
einer ilystereseccilleife mit rechteckiger Gestalt angeordnet. Jeder Kern trägt
auch eine Wicklung 13 bzw. 13'. die zwischen dem Emitter und der Steuerelektrode
des Thyristore 5 bzw. 5'
geschaltet ist. Jeder Kern trägt weiter eine
dritte Wicklung 16 bzw. 161, welche beide Wicklungen miteinander in Reihe
und in entgegengesetzten Richtungen Uber einer Gleichstromquelle geschaltet sind.
Diese Quelle ist einfauh dadurch von der Quelle 4 abgeleitet, daes eine der Klemmen
dieser Quelleüber die ReihenschUtung der Wic41ungen 16 und 161 und
einer Entkopplungsdrosselepuie 19 mit der entsprechenden'Eingange-&lemme
den Wecheelrichters verbunden ist. Schliesolioh ist der Auagangskreie durch zwei
Kondensatoren 20 und 201 geschlossen, die mit dem Kollektor des Thyristorn
5 bzw. mit dem Emitter des Thyristern 5' verbunden eind9 während ein
Glättungekondeaaator 21 die Reihenschaltuni dieser zwei Thyristoren fiberbrüakt.
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Man könnte uuch nur einem den zwei Kondensatoren 20 und 201 verwenden
und den anderen einfach fortlassen. Dadurch wird jedoch die Symmetrie der Schaltung
gestört und der 9ffeiLtivwert den, einem bestimmten Höchatspitzenwert der von
der
Quelle 4 geli,-ferten Stromimpulee entsprechenden Wechselst romes durch den Belastungewiderstund
8 herabgesetzt. Die Ersparung eines Kondensators ist jedoch der kühe wert,
wenn die Gleielietromquelle einmal je Periode verhältnismäaeig hohe Stromspitzen-liefern
kann. Der Kondensator 21 dient zum Glätten der Spannung Uber den Wicklungen 16-und
161 und der Drosselspule 19.
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Es dürfte einleuchten, dass, wenn zum Beispiel der Thysristor
5' und der Kondensator 201 fortgelassen wären, die Ichaltung nach Figur
5 in der glerchen Weise wie die Scha ltung nach Figur 2 arbeiten würde, mit-dem
Unterschied, dann der BelastungsKreis auch den Reihenkondensator 20 enthält, der
CD üuer den Thyristor 5 aufgeladen wird. Der Thyristor 51 dient jetzt
zum Entladen des Kondensators während der Periodel in der der Gleichrichter
5 nicht leitend ist, und das gleiche Ccilt ih Bez4g auf den Konaensator 201,
der über'den Tyristor 51 aufgeladen und über den Thyrigtor 5 entladen
wird..Die Schaltungsunorunung nach Figur 5 wirkt somit im Prinzip wie eine
Reihengegentaktausgangeschaltung Von den Wicklungen 13 und 13' werden
positive Zündimpulse wechselweine den Steuerelektroden der Thyristoren
5 bzwö 51 zugeführt.
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Der die Wicklungen 16 und 161 durchfliessende Strom*
bewirkt eine Vormagnetisierung in umgekehrten Richtungen der Kerne 12 und 121 und
diese Vormagnetisierung lätet sioh durch die Wahl der Windungezahl der Wicklungen
16 und 161 regeln. Mit der Vormagnetisierimg jedes Kernes ändert sich
auch die
Verzögerugg (z.B. 0 - tj) zwischen dem Nulldurchgang den
Stromes
i k und der Erze ' ugung eines Zünjimpulees it (Figur 4). Diese Verzögerung
ist nahezu unabhängig vom Belaatungastrom, weil die Ströme durch die Wicklungen
11 und 111 und die durch die Wicklungen 16 und 161 mit
der Belastung gleichzeitig und etwa in gleichen Masse'zunehmen.
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Figur
6 zeigt ein drittes Ausführungebeispiel, das iii Bezug*auf
das Ausführungsbeispiel nach Figur.5 etwas vereinfacht ist. Zwei Thyristoren
5 und
51 sind wieder in Reihe miteinander und in aer Durchlaserichtung
über einer Gleichspannungsquelle geschaltetg während ein Ausgangskreie zwischen
dem gemeinsamen Punkt dieser beiaen Thyristoren und einer o,#er beiden Klemmen der
Quelle 4 geschaltet ist. Dieser .ausgangskreis entUlt wiederum eine Induktanz
6 in Reihe mit einer zweiten, als Kopplungewicklung wirksamen Induktanz
9
und mit einem Kondensator 20, der den Kreis schliesst und an der Minusklemme
der Quelle 4 liegt. Dieser Kondensator könnte wiederum duruh einen gestrichelt angegebenen
Kondensator 201 ersetzt werden, der an der Plusklemnie der Quelle 4 liegt, odei,
der Ausgangekreie könnte zwei Kondensatoren 20 und 201 enthalten, so dass in diesem
Falle der Wechselrichter wieder symmetrisch sein würde. Ein Belastungswideretand
8 ist mittels einer mit der InduKtanz
9 gekoppelten Wicklung
91 mit dem Ausgangskrein gekoppelt. Dieser Ausgangakreie ist auch mit Wicklun,gen
13 und
13' geÄpppelt, die auf einem Kern 12 aus einem ferromagnetischen
Material mit einer rechteckigen Hysterteeaohleite vorgesehen sind* Diese Xopplung
erfolgt mittel* einer dritten Wicklung
11 diesen Xerneeg die in
| (-inern degelzreis liegt, der larallel zum Auergangsxreis ge- |
| C) |
| schaltet ist und eine Indukt,-inz 22, einen Widerstand
23 und |
| einen condensttor 24 enthält, die miteinander und mit der |
| 'Nic,Klung 11 in i#eihe geschaltet sind.- Die. Wicklun
'en 13 und |
| 0 t3 |
| 131 jind je Zwischen dem Emitter und der Steuerelektrode |
| eines der Thyristoren 5 bzw. 5' geschaltet, wobei
die Wickel- |
| rich-IV--ungen der beiden Wicklungen 13 und
13' entgegengesetzt |
| sin,i. Jie Induktanz 22 bewirkt eine bestimmte-Verzögerung
der |
| Zu.-ahme Ues Stromes durch die Wicklung 11 und die Zeitkonstanue |
| des Widerstandes 23 und des Kondensators 24 steigert
diese |
| Verzögerung. Die Amplitude der erzeugten Zündimpulse, und ihre |
| Verzögerung lassen sich somit dadurch auf den gewünschten |
| Wert einstellen, dass die W.--zrte der Induktanz 22, des Wider- |
| stundes 23 und des Kondensators 24"geändert werden.
Schlieas- |
| lieh zca-nn auch der delgelkreis fUr den Kern 12, der die Wick- |
| -una, 11, die Induktanz 22, den Widerstand
23 und den Konden- |
| sator 24 enthült, mittels eines gestrichelt angegebenen |
| zweiten #.ondensators 241 symmetrisch uusgebildet sein. |
Figur
7 zeigt einige Diagramme, die die 'W--1.r*H'.ungeweise der Schaltung
nUch Figur
6 erläutern. Das obere Diagramm der Figur
7 otellt die
Spannung CD V
5 Über dem Thyristor*5 dar.
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Es wird m-,genommen, dass im Zeitpunkt
0 Dein Thyristor
5 leitend ist und die Spannung V
5 somit--praktisch
0 ist.
Im Zeit-#;unkt ti erlischt der Thyristor und, infolge der Durchschwingwi& deB
Ausgangakreisee wird sein Emitter plötzlich positiv in Bezug auf seinen KolleKtor.
Im Zeitpunkt t 2 wird der Thyrietor
51 plötzlich leitend, wodurch die Spannung
Über den-Thyristor-5
| p--aktisch gleich der Spannung E 0 der Speisequelle
4 wird. Im |
| Zeit#,iunkt t 3 erlischt wiF.derum uer Thyristor
5' und die Span- |
| nung Uber dem Thyristor 5 steigt dabei, infolge des
Ausschwin- |
| gens des Ausgangskreiseag bis Über den Wert-der Eingangsspatinung |
| E Llie Spannung über dem Thyristor 5 nimmt dann
etwa exponentiel |
| ab, bis im Zeitpunkt t 4# in dem dieser Thyristor wieder
leitend |
| gemacht wird, die Spannung V" noch etwas grösser als die Ein- |
| gangsspannung E, ist. Dann wiederholt sieh der ganze Zyklus. |
| Da-- zweite Diagramm der Figur 7 stellt den Strom.I |
| uurch die Erregungswicklung 11 des Kernes 12 aar. Im
Zeitpunkt |
| C- fängt der Konuensator 24 sich durch den die Wicklung
119 |
| die Induktan-- 22 und den W-4Lder.qt;-nd 23 enthaltenden
Kreis, |
| Uber den Thyristor 5 zu*entladen. Dieser Entladestrom
nimmt |
| z..nf-I.nge rasch zu, uin dann stark gedUmpft .,chwingend mit.grosser |
Schwinggungszeit wieder ubzunehmen (wobei die Spitze der Entladexurve durch die
Induxf#anz 22 und durch die Wicklung
11
abgerunaet wird). Im Zeitpunkt ti
erlischt der Thy:hstor
5
und ein Teil der im Ausgangskreis gespeicherten Energie
bewirkt eine zweiteg kleinere Zunahme des Stromea'durch die Wicklung
11,
wonach dieser Strom wiederum gedämpft schwingend mit grosser Schwingungsdauer "bnimmt.
Wenn'die Thyristoren
5
und
5' nicht mehr gezündet werden wUrden, W'ilrde
dieser Strom etwa in der gestrichelt angegebenen Weise abkl.ngen. Gerade vor dem,Zeitpunkt
t
2 erfolgt ein Nulldurchgang aeo Stromes I woaurah unmittelbar danach der
Kern 12 aus einem Polarisationszustand in den entgegengesetzten Polarisationazustand
umklappt und einen Impuls in den Wicklungen
13 und 131 erzeugt, der den
Thyristor
5' plötzlich leitend macht. Zwischen den Zeitpunkten t und t ist der Verlauf
des Ladestromes den Kondensators 24 4 und somit Cles Stromes Ill durch die Wicklung
11 dem Verlauf uieses Stromes zwischen den Zeitpunkten
0 und t2 ähnlichv
jedoch umgekehrter Richtung. Im Zeitpunkt t 4 ändert der Strom li, w,#ederum das
VoJrzeichen, wodurch in den Wicklungeu
13 unu
131 ein Zündimpuls
> erzeugt wird und der Thyristor
5
leitend gemacht wird. Dann wiederholt
sich wiederum der ganze
Zyklus. -
Das dritte Diagramm der*Figur 7 stellt die Zündstromimlulse
i t Tiber der Wicklung 13 dar. Die negativen Impulse haben keinen Einfluse
auf den Ziustand des Thyriztors 5, aber entsprechen Positiven Impulsen über
der Wiolclung lY, die eine periodische Zündung des Thyristors 51 bewirxen.
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Das vierte Diagramm der Figur 7 stellt die Ströme 1
5
und I A durch die Thyristoren 5 und 51 dar, wobei ein Strom
5
in der Vorwärterichtung duruh den Thyristor 5 nach oben und ein Strom,in
der Vorwärtsrichtung durch der, Tilyristor -5' nach unten dargestellt ist.
Die Leitungsperioden sind dabei durch T, una die Verzögerungszeiten durch T angegeben.
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CD 2
Schliesolich-wird die Spannung V8 über dem Belastungewiderstand
8 Im letzten Diagramm der Figur%7 dargestellt. Dieee #Spannung verläuft
nahezu sinuaf15rmig infolge der Schwungradwirkung des unterkritisch belaateten Ausganeokreiaes.
Die' Wiederholungsper-iode -der Nulldurchgänge den Stromes durch diesen Kreis iat
somit gleich der Summe der Leitungsperiode T, und der Verzögerungezeit T 2 und auch
einer Halbperiode T
aer mehr oder weniger sinusförmigen Spannung
üuer aem Belantungewiderstand 8.
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Sowohl im Auaführungebeispiel nach Figur 5 als in dem nach
Figur 6 wird jeder Thyristor 5 bzw. 54 erst mit einer bestimmten Verzögerung
t 3 - t 4 bzw. t 1 t2 (Figur 7) gezUndet, nachdem der Strom
durch den anderen Thyristor wieder etwa gleic#.Null geworden ist. Diese Verzögerung
muse in der betreffenden Schaltung grösser sein als die Aussohaltzeit der verwendeten
Thyriatoren.
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Im Ausführungsbeiepiel n"ich Figur 5-lässt sich aieser Mindestwert
der Verzögerung durch die Wahl der Windungezahl der Wicklungen 11 und
110 und/oder durch-die Vormagnetiaierung der Kerne 12 und 121 beeinflussen,
während das Verhältnis zwischen den Windungezahlen der Wicklungen 11
und
13 bzw. 114 und 131 die Amplitude der Zündimpulse beeinfluaat.
Im Ausführungebeispiel nach Figur 6 wird die Vormagnetisierung hinsichtlich
der Verzögerung durch die Zeitkonntante des Kreisen 11, 22p 239 24
oder 241 bzw. 24 und 241 ersetzt.
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Im ersten Diagramm der Pigur 7 ist die Verzögerung zwischen
dem Erlöschen des 2hyristors und dem Zünden den
Thyristore 51 gleich
t t, und die gleich grosse Verzögerung zwischen dem ErlBechen den Thyrietors
59 und dem Zünden den Thyrietors 5.älei oh t 4 - t Y' wäre
diene Verzögerung kürzer als die Aueschaltzeit der verwandten Thyristoren,
96 könnte unter Umständen eine RückzUndun« des Thyristorn 5 bzw.
51
in einem Zeitpunkt erfolgang in dem der anders Thyristor bereite leitend
into Die» würde einen Kurzeahlu4a der Quelle 4
üüer aie in Reihe
geschalteten Thyristoren herbei:rühren, wodurch diese Thyristoren zerstört werden
könnten.
-
Beim t,.usfüarungebeispiel nach Figur 6 nimmt der abnenmende
Entlade- bzw. Aufladestrom des Kohdensators 24 im Zeitpunkt t, 4zw. t
39 in aem der Thyristor 5 bzw. 51 erlischt,-plötzlich wieder
zu.