DE2200839A1 - Wechselrichter - Google Patents

Description

Ot. Herbert Sehols PHN. 574O.

Patentanwalt

Anmelder: N.V. Philips Gloeüampenfabrfekeo Boss / WJM.

Akte NcJ PHN- 5740

Anmeldung vom; 7· J SOO.* 1972

"Wechselrichter".

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter, der mit wenigstens einem Transistor, dessen Emitter über zumindest einen Widerstand mit der Basis verbunden ist, und ferner mit einem Transformator versehen ist, der eine Primärwicklung, eine Koppelwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, wobei ein Kopplungskondensator zwischen der Koppelwicklung des Transformators und der Basis des Transistors angeschlossen ist.

Wechselrichter der oben erwähnten Art werden

beispielsweise in Fahrzeugen wie Eisenbahnwagen zum Speisen von Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampen verwendet. Den Gleichstrom liefert dann beispielsweise eine Akkumulatorbatterie .

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Die Verwendung von Siliziumtransistoren in derartigen Wechselrichtern anstelle der früher üblichen Germaniumtransistoren hat jedoch Schwierigkeiten verursacht, da die durch die Koppelwicklung des Transformators in Sperrrichtung zwischen Emitter und Basis des Transistors erregten Spannungen für Siliziumtransistoren ziemlich hoch sind. Um einen nachteiligen Einfluss dieser hohen Spannungen zu verhindern, ist es bekannt, eine Sicherung in Form einer Diode anzubringen, die parallel zur Emitter-Basisstrecke des Transistors geschaltet ist, und zwar mit einer Durchlassrichtung der Diode, die der Sperrichtung zwischen dem erwähnten Emitter und der Basis entspricht.

Ein Nachteil einer derartigen Sicherungsdiode ist jedoch der, dass damit die Möglichkeit entfällt, während der Zeitintervalle, dass der Transistor nicht leitend ist, eine Hilfsspannungsquelle in der Emitter-Basisschaltung anzuwenden. Damit entfällt auch die Möglichkeit, beispielsweise eine derartige HilfsSpannungsquelle am Ende der erwähnten Zeitintervalle anzuwenden, um die Basisspannung des Transistors zu beeinflussen.

Die Erfindung bezweckt, einen Wechselrichter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem die erregten Emitter-Basis-Sperrspannungen des Transistors (der Transistoren) verhältnismässig klein sind, und wobei zugleich eine Hilfsspannungsquelle in der Emitter-Basisschaltung während des Zeitintervalls, dass der Transistor nicht leitend ist, wirksam sein kann.

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Ein erfindungsgemässer Wechselrichter, der

mit wenigstens einem Transistor, dessen Emitter über zumindest einen Widerstand mit der Basis verbunden ist, und ferner mit einem Transformator versehen ist, der eine Primärwicklung, eine Koppelwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, wobei ein Kopplungskondensator zwischen der Koppelwicklung des Transformators und der Basis des Transistors angeschlossen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kondensator, dessen Kapazität grosser ist als die des Kopplungskondensators, mit letzterem in Reihe geschaltet ist, wobei der zweite Kondensator den Widerstand in der Verbindung vom Emitter zur Basis des Transistors überbrückt.

Ein Vorteil dieses Wechselrichters besteht

darin, dass die Sperrspannung zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors ziemlich klein gehalten werden kann, da der zweite Kondensator mit dem Kopplungskondensator einen kapazitiven Spannungsteiler bildet. Ausserdem kann der zweite Kondensator nun als HilfsSpannungsquelle in der Emitter-Basisschaltung des Transistors dienen.

Vorzugsweise beträgt die Kapazität des zweiten

Kondensators ca. das Fünf- bis Zwanzigfache und insbesondere das Zehnfache derjenigen des Kopplungskondensators.

Bei diesem Kapazitätsverhältnis kann die Spannung in Sperrichtung zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors sehr gering gehalten werden.

Ein Vorteil eines erfindungsgesEässen Wechsel-

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rienters ist ferner, dass man unter besonderen Bedingungen, wie eine bestimmte Kapazität des zweiten Kondensators und die Erregung einer praktisch sinusförmigen Spannung in der Koppelwicklung des Transformators, auch sinusförmige Ströme durch den Kopplungskondensator und mithin auch durch die Koppelwicklung erreichen kann. Dies ist u.a. vorteilhaft im Hinblick auf die Belastung des Transformators.

Die Erfindung wird anhand einiger in den

Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert . Es zeigen

Fig. 1 ein im Prinzip dargestelltes elektrisches Schaltschema eines erfindungsgemässen Wechselrichters,

Fig. 2 den Strom als Funktion der Zeit durch den sogenannten zweiten Kondensator des Wechselrichters nach Fig. 1, wenn in der Koppelwicklung des Transformators jenes Wechselrichters eine sinusförmige Spannung induziert wird,

Fig. 3 den Basisstrom, als Funktion der Zeit,

des Transistors des Wechselrichters nach Fig. 1 bei Induktion der oben erwähnten Spannung in der Koppelwi ck 1 uii,«; dos Transformators,

Fig. h den Strom als Funktion der Zeit durch den sogenannten Kopplungskondensator des Wechselrichters nach Fig. 1 bei Induktion der oben erwähnten Spannung in der Koppelwicklung des Transformators,

Die Fig. 2, 3 und Ί sand mit denselben Zo.itachsen versehen.

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In Fig. 1 ist rait 1 die positive Klemme einer Akkumulatorbatterie (2) bezeichnet. In eine Verbindung von dieser positiven Klemme 1 zur negativen Klemme k der Batterie ist ein Elektrolytkondensator 3 aufgenommen.

Mit 5 ist ein Startwiderstand bezeichnet. Ein Ende dieses Widerstands 5 kann über einen Druckknopfkontakt 6 mit der positiven Klemme 1 der Batterie verbunden werden. Das andere Ende des Startwiderstands 5 ist über einen zweiten Widerstand 7 mit der negativen Batterieklemme k verbunden.

Ein Punkt im Verbindungszweig der Widerstände und 7 ist mit 8 bezeichnet. Dieser Punkt ist an die Basis eines ήρη-Transistors 9 angeschlossen. Der Emitter dieses Transistors 9 ist an die negative Batterieklemme 4 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 9 ist über eine Primärwicklung 10 eines Transformators 11 mit der positiven Batterieklemme 1 verbunden. Das der Klemme 1 zugekehrte Ende der Wicklung 10 ist ferner an ein Ende einer Koppelwicklung 12 des Transformators 11 angeschlossen. Das andere. Ende dieser Koppelwicklung 12 ist über einen Kopplungskondensator 13 mit der Basis des Transistors 9 verbunden.

Zwischen der Basis des Transistors 9 und der negativen Batterieklemme k ist ein zweiter Kondensator 1h aufgenommen. Die Kondensatoren 13 und 14 bilden einen kapazitiven Spannungsteiler für die von der Koppelwicklung 12 herruhrende Spannung.

Die Enden einer Sekundärwicklung 15 des Trans-

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formators 11 sind durch eine aus einer mit einem Ballast (Stabilisierungselement) versehenen Niederdruck-Quecksilberdampf entladungslampe und einer Startanordnung bestehende Belastung 16 verbunden. Die Belastung 16 ist nicht in Einzelheiten dargestellt. Die Enden der Sekundärwicklung 15 sind auch über einen Abstimmkondensator 17 mit einander verbunden,

Um praktisch sinusförmige Spannungen in den Transformatorwicklungen 12 und 15 zu erhalten, muss im HauptStromkreis des Transistors 9 noch einige Induktivität vorhanden sein. Diese kann teils durch eine Streuinduktivität der Wicklung 10 gebildet sein oder beispielsweise im wesentlichen aus einer nicht dargestellten - bei Wechselrichtern üblichen - Induktivität zwischen der Klemme 1 und der Wicklung 10 bestehen.

Der Start des Wechselrichters findet wie folgt

statt. Beim Schliessen des Schalters 6 wird durch den Potentialunterschied über den zweiten Widerstand 7 die Basis des Transistors 7 in bezug auf ihren Emitter positiv gemacht, so dass der Transistor 9 leitend wird, wodurch der Wechselrichter in Betrieb kommt.

Wenn der Wechselrichter sich in Betrieb befindet, kann der Schalter 6 wider geöffnet werden. Das Potential der Basis des Transistors 9 wird dann durch die kapazitive Spannungsteilung der beiden Kondensatoren 13 und Ik und durch den zweiten Widerstand 7 bestimmt. Das Offnen des Schalters 6 hat zur Folge, dass im Betriebszu- , stand des Wechselrichters keine Verluste im Widerstand 5

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mehr auftreten.

Der Transistor 9 wird nun durch das Schwingen der Spannungen über die Transformatorwicklungen periodisch leitend gemacht. Eine negative Ladung am Kondensator 1k, der hier als Hilfsgleichspannungsquelle wirksam ist, verzögert dabei den Zeitpunkt, in dem der Transistor 9 leitend wird.

Wenn der Transistor Q leitend ist, so liefert die Akkumulatorbatterie 2 die Energie für die Belastung und für die Verluste des Wechselrichtei's,

In einem konkreten Fall hatten die elektrischen Ströme durch den /weiten Kondensator (1^) und durch dip Basis des Transistors 9 als Funktion der Zeit die in Fig. 2 bzw. 3 dargestellten Formen.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Strom durch den Kondensator 14 praktisch sinusförmig ist, mit Ausnahme eines Ausschnitts mit einer Dauer von ungefähr einem Drittel einer halben Periode jenes Wechselstroms.

Aus den Fig. 2 und 3 geht ferner hervor, dass der Basisstrom des Transistors 9 ^am Ende jeder halben positiven Periode des Stroms durch den Kondensator 14 f liesst , und zwar in dem dem Ausschnitt (siehe Fig. 2) des Stroms durch den Kondensator 1k entsprechenden Zeitintervall.

In Fig. '4 , die eine Addition der in den Fig. 2 und 3 entgegen der Zeit aufgetragenen Stromstärken aufweist, wird veranschaulicht, dass der durch die Koppel-

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wicklung 12 gelieferte elektrische Strom praktisch sinusförmig ist, was, wie bereits erwähnt wurde, der Wirkungsweise des Transformators 11 förderlich ist und zugleich
den Wirkungsgrad der Anordnung erhöht.

Das Verhältnis der Kapazitätswerte des zweiten Kondensators 14 zu denen des Kopplungskondensators 13 betrug in dem erörterten Beispiel ca. 10 (nämlich ca. hko η Farad zu kj η Farad).

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Claims (2)

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   - 9 PATENTANSPRÜCHE .

   Wechselrichter, der mit wenigstens einem Transistor, dessen Emitter über zumindest einen Widerstand mit der Basis verbunden ist, und ferner mit einem Transformator versehen ist, der eine Primärwicklung, eine Koppelwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, wobei ein Kopplungskondensator zwischen der Koppelwicklung des Transformators und der Basis des Transistors angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kondensator, dessen Kapazität grosser ist als diejenige des Kopplungskondensators, mit letzterem in Reihe geschaltet ist, wobei jener zweite Kondensator den Widerstand in der Verbindung vom Emitter zur Basis des Transistors überbrückt.
2. 2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Kapazität des zweiten Kondensators zii derjenigen des Kopplungskondensators zwischen 5 und 20 liegt und vorzugsweise ca. 10 beträgt. 3· Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, bei

   dem an die Sekundärwicklung des Transformators eine eine Entladungslampe enthaltende Belastung angeschlossen ist.

   2 0 9 8 3 Λ / Π 6 /♦ β

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