DE905281C - Trockengleichrichtereinheit - Google Patents

Description

• Trockengleichrichtereinheit Bei Trockengleichrichtereinheiten, bei denen mehrere Einzelgleichrichter (Gleichrichterelemente) in Reihe geschaltet sind, kann man beobachten, daß, insbesondere nach längerer Betriebsdauer, die Spannungsverteilung nicht mehr gleichmäßig ist. Wenn eine solche ungleichmäßige Spannungsverteilung entstanden ist, wenn z. B. bei drei in Reihe geschalteten Einzelgleichrichtern etwa der mittlere den höheren Spannungsanteil aufgenommen hat, vergrößert sich die Ungleichmäßigkeit der Spannungsverteilung im Laufe des weiteren Betriebes immer mehr. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Einzelgleichrichter, an denen die größere Teilspannung liegt, stärker nachformiert werden als die anderen Einzelgleichrichter. Infolgedessen entwickeln sich die Charakteristiken der Einzelgleichrichter immer mehr auseinander. Somit wird die Teilspannung an dem stärker beanspruchten Einzelgleichrichter immer größer, bis sie schließlich zu einem elektrischen Durchschlag an dem Gleichrichter führt.
• Es ist bereits der Vorschlag bekanntgeworden, den in Reihe geschalteten Gleichrichterelementen (Hauptgleichrichtern) spannungsbegrenzende Elemente, z. B. gewöhnliche Ohmsche Widerstände, parallel zu schalten, so daß eine gleichmäßige Aufteilung der an der Reihenschaltung liegenden Sperrspannung auf die einzelnen Gleichrichterelemente herbeigeführt oder die Spannungsverteilung doch verbessert wird.
• Gegenüber dieser Anordnung bringt die Erfindung einen wesentlichen Fortschritt. Die neue Lösung besteht darin, daß als spannungsbegrenzende Elemente solche benutzt sind, die eine geknickte Stromspannungskennlinie aufweisen mit steilem Anstieg des Stromes oberhalb der Knickspannung. Besonders vorteilhaft und in der Ausführung einfach wird diese Anordnung, wenn gemäß weiterer Erfindung als spannungsbegrenzende Elemente Selengleichrichter (Nebengleichrichter) benutzt werden, deren Sperrichtung mit der der Hauptgleichrichter übereinstimmt und deren Durchlaßwiderstand groß ist gegenüber dem der Hauptgleichrichter. Dadurch, daß hierbei auf gute Flußeigenschaften verzichtet wird, läßt sich in einfacher Weise erreichen, dem Gleichrichter eine Stromspannungskennlinie mit definierter Knickspannung zu geben. Auf diese Weise wird eine sehr viel bessere Vergleichmäßigung der Spannungsaufteilung auf die in Reihe geschalteten Gleichrichterelemente erzielt.
• Zur weiteren Erläuterung sei auf die Zeichnung Bezug genommen; es zeigt Fig. I ein Schaubild zur Darstellung der im allgemeinen auftretenden ungleichmäßigen Spannungsverteilung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 3 ein zur Erläuterung der Ausführung nach Fig. 2 dienendes Schaubild; Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für die Zusammenfassung eines Gleichrichterelementes und des zugehörigen spannungsbegrenzenden Elementes zu einer Einheit.
• In Fig. I ist eine Trockenglechrichtereinheit mit fünf in Reihe geschalteten Einzelgleichrichtern I, 2, 3, 4, 5 dargestellt, über die ein Verbraucher 6 an die Stromquelle 7 angeschlossen ist. Die Spannungsaufteilung in Sperrichtung sollte an sich nach der gestrichelten Geraden si verlaufen, in Wirklichkeit verläuft sie nach dem gebrochenen Linienzug sr. Die Teilspannung an den einzelnen Gleichrichterelementen wird durch die Differenz zwischen den jeweils aufeinanderfolgenden Ordinaten o bis 5' dargestellt.
• Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig.2 ist jedem der Einzelgleichrichter I bis 5 je ein Nebengleichrichter II bis I5 parallel geschaltet. Diese Nebengleichrichter haben eine geknickte Stromspannungskennlinie. Diese läßt sich, wie gesagt, leicht erzielen, da der Durchlaßwiderstand des einzelnen Nebengleichrichters groß gewählt wird gegenüber dem der Hauptgleichrichter, so daß also die Nebengleichrichter, betrachtet man sie als eigentliche Gleichrichter, sehr schlechte Gleichrichter sein können.
• In Fig.3 sind mehrere Sperrkennlinien von Selentrockengleichrichternindoppellogarithmischem Maßstab dargestellt. Hierbei stellen die dünn ausgezogenen Kurven 8 und 9 die Kennlinien der Hauptgleichrichter dar. Es sind zwei solcher Kennlinien dargestellt, um anzudeuten, daß die Hauptgleichrichter unter sich hinsichtlich ihrer Sperrkennlinien in verhältnismäßig weiten Grenzen streuen. Die stark ausgezogene Kurve Io gibt die Kennlinie der Nebengleichrichter wieder. Da für die Nebengleichrichter solche verwendet werden, deren Durchlaßwiderstand groß ist gegenüber dem Durchlaßwiderstand der einzelnen Hauptgleichrichter, so läßt sich bei der Herstellung der Nebengleichrichter eine definierte Kennlinie erzielen, d. h. die Nebengleichrichter unterscheiden sich untereinander nicht wesentlich hinsichtlich ihrer Kennlinie; insbesondere gilt dies bezüglich des mit Io' bezeichneten Knickpunktes.
• Die stabilisierende Wirkung der Nebengleichrichter mit definierter Knickspannung beruht auf folgendem Umstand: In einer Reihenschaltung von Trockengleichrichtern hat der allen Einzelgleichrichtern gemeinsame Sperrstrom zunächst entsprechend den unterschiedlichen Sperrkennlinien 8, 9 einen verschieden großen Spannungsabfall zur Folge, wie dies in Fig. I dargestellt ist. Hierbei möchten die sperrmäßig besseren Hauptgleichrichter jeweils die größere Teilspannung aufnehmen. Der zugehörige Nebengleichrichter wirkt aber nun gleichsam wie eine Schleuse mit definiertem Abfluß, d. h. der Knickpunkt des Nebengleichrichters bestimmt recht genau denjenigen Punkt, von dem an der Sperrstrom, der über den zugehörigen Hauptgleichrichter fließen möchte, so weit vom Nebengleichrichter übernommen wird, als er einen bestimmten, durch die Knickspannung des Nebengleichrichters bestimmten Wert übersteigt. Es wird also der Sperrstrom, der ganz über den Hauptgleichrichter fließen möchte, oberhalb eines bestimmten Stromwertes vom Nebengleichrichter übernommen, mit der Folge, daß so der Spannungsabfall am Hauptgleichrichter nur einen bestimmten Wert erreicht und diesen nicht wesentlich übersteigt. Es wird somit erreicht, daß sich an der Reihenschaltung der Hauptgleichrichter eine weitgehende gleichmäßige Spannungsaufteilung ergibt.
• Der Hauptgleichrichter und der Nebengleichrichter können zu einem einheitlichen Element zusammengefaßt werden, in der Weise, daß ein Teil, etwa Io bis 25 % der Gesamtfläche des Gleichrichters, als Nebengleichrichter ausgebildet wird. Alsdann ergibt sich die Parallelschaltung des Nebengleichrichters zum Hauptgleichrichter selbsttätig durch die gemeinsame Grundelektrode und die gemeinsame Deckelektrode.
• In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dieser Art dargestellt. Der Hauptgleichrichter wird durch die Flächen I6 und I7, der Nebengleichrichter durch die Fläche I8 abgegrenzt. Zum Verständnis der Fig.4 ist zu beachten, daß im Bereich der Fläche I8 der Selenschicht des Gleichrichters andere Eigenschaften verliehen werden als im Bereich der Flächen I6 und I7.
• Es geht aus der obigen Erläuterung und aus der Fig. 3 hervor, daß es darauf ankommt, dem Nebengleichrichter eine definierte, im Betrieb möglichst wenig oder gar nicht veränderliche Sperrkennlinie zu geben. Gleichrichter haben bekanntlich im allgemeinen die Eigenschaft, daß sie während des Betriebes allmählich altern, was zugleich bedeutet, daß die Sperrkennlinie sich verschiebt. Bei dem Nebengleichricher kommt es aber darauf an, daß die Sperrkennlinie möglichst unverändert bleibt. Nun ist es andererseits für die Nebengleichrichter gar nicht wesentlich, daß sie einen kleinen Widerstand in der Durchlaßrichtung haben. Im Gegenteil, es ist sogar erwünscht, daß der Nebengleichrichter einen großen Widerstand in der Durchlaßrichtung hat, damit die Flußverluste, die im Nebengleichrichter entstehen, klein bleiben, wozu im vorliegenden Fall die Parallelschaltung mit dem in Flußrichtung guten Hauptgleichrichter beiträgt. Die Verringerung der Flußverluste des Nebengleichrichters ermöglichen nun aber eine höhere Belastung derselben in Sperrichtung.
• Während man bei dem Hauptgleichrichter einerseits auf gute Durchlaßwerte, andererseits auf hohe Sperrwerte sehen muß, fällt bei der Herstellung des Nebengleichrichters die erschwerende Nebenbedingung guter Flußeigenschaften fort, und es wird durch den Fortfall dieser Nebenbedingung möglich, Gleichrichter mit definierter Knickspannung der Sperrkennlinie herzustellen. Hierzu sind unter anderem folgende Möglichkeiten gegeben: Im Gegensatz zum Hauptgleichrichter kann man bei der Herstellung der Nebengleichrichter von einem Selen hohen Widerstandes ausgehen, bei dem beispielsweise der Widerstand noch durch besondere Zusätze, wie Thallium, Cadmium oder Silber, vergrößert worden ist. Man kann weiterhin den Widerstand der massiven Selenschicht noch durch besondere Führung des Kristallisationsvorganges erhöhen. Dies läßt sich insbesondere dadurch erreichen, daß man das Selen im Gegensatz zur normalen Behandlungsweise auf eine kalte Grundelektrode aufdampft und erst später bei Temperaturen von 2IO° C in die kristalline Modifikation überführt. Wie Versuche gezeigt haben, ergibt sich bei diesem Verfahren eine Selenschicht mit der hier gewünschten schlechten Leitfähigkeit.
• Eine weitere Möglichkeit, Gleichrichter mit definierter Sperrspannung herzustellen, die später nicht nachformieren, besteht darin, daß man zwischen Selen und Deckelektrode Lackzwischenschichten mit definierter Dicke aufbringt, z. B. aufdampft. Hierbei ist wieder der Umstand nützlich, daß man auf gute Durchlaßeigenschaften keine Rücksicht zu nehmen braucht.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Trockengleichrichtereinheit mit mehreren in Reihe geschalteten Gleichrichterelementen (Hauptgleichrichter), denen spannungsbegrenzende Elemente im Sinne einer gleichmäßigen Aufteilung der an der Reihenschaltung liegenden Sperrspannung auf die einzelnen Gleichrichterelemente parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsbegrenzenden Elemente eine geknickte Stromspannungskennlinie mit steilem Anstieg des Stromes oberhalb der Knickspannung aufweisen.
2. 2. Gleichrichtereinheit nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß für die spannungsbegrenzenden Elemente Selengleichrichter (Nebengleichrichter) benutzt sind, deren Sperrrichtung mit der der Hauptgleichrichter übereinstimmt und deren Durchlaßwiderstand gegenüber dem der Hauptgleichrichter groß ist.
3. 3. Gleichrichtereinheit nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptgleichrichter und der zugehörige Nebengleichrichter zu einem Element zusammengefaßt sind, derart, daß ein Teil, etwa Io bis 25 % der Gesamtfläche, als Nebengleichrichter ausgebildet ist, so daß die Parallelschaltung des Hauptgleichrichters mit dem zugehörigen Nebengleichrichter sich selbsttätig durch die gemeinsame Grund- und Deckelektrode ergibt.
4. 4. Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern, die als Nebengleichrichter gemäß Anspruch 2 geeignet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines großen Widerstandes in der Durchlaßrichtung dem zur Herstellung der Gleichrichter benutzten Selen widerstandsvergrößernde Zusätze, wie Thallium, Cadmium, Silber, beigegeben werden oder daß die Selenschicht im Sinne der Herbeiführung einer schlecht leitenden kristallinen Modifikation, z. B. durch kaltes Aufdampfen der Selenschicht auf die Grundelektrode, beeinflußt wird.
5. 5. Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern, die als Nebengleichrichter gemäß Anspruch 2 geeignet sind, dadurch gekennzeichzeichnet, daß, gegebenenfalls zusätzlich zur Maßnahme nach .Anspruch 3 und/oder q., zwischen der Selenschicht und der Deckelektrode eine Lackzwischenschicht angebracht wird von solcher Stärke, daß die elektrische Formierung mit der Herstellung beendet ist, also eine weitere elektrische Formierung während des Betriebes nicht eintritt.