NO134786B - - Google Patents

Description

Kontrollanordning for likerettere.

Foreliggende oppfinnelse går ut på en kontrollanordning for likerettere.

Formålet med oppfinnelsen er å skaffe kontrollutstyr for en krets som omfatter flere likerettere, slik at det med en gang vil merkes om en av dem ikke virker.

Ved bruk av effektlikerettere, særlig slike som består av halvledende materiale, er det vanlig å koble sammen flere likerettere i serie i en gren, likeledes å koble sammen flere slike grener i parallell for derved å oppnå en tilstrekkelig stor strøm-og spennings-kapasitet. Det er da vanlig å anvende et forholdsvis høyt antall individuelle likeretterelementer. Det hender at et element i en slik anordning blir defekt; dette kan medføre at anordningen ikke kan levere den ønskede effekt eller at noen av elementene får for høy spenning. Det er derfor viktig at tilstedeværelsen av et defekt element oppdages med én gang, slik at det kan skiftes ut før annen skade eller ennå større ubalanse opptrer.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er kontrollanordninger eller -kretser anordnet i forbindelse med de enkelte likerettere slik at det blir varslet når et element ikke len-ger fører den normale strøm eller har den normale spenning.

Oppfinnelsen skal beskrives i det føl-gende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en typisk effektlikeretter om-fattende flere parallelle grener som hver består av flere individuelle effektlikerettere i serie, fig. 2 viser delvis skjematisk og delvis i perspektiv sammensetningen av en av grenene ifølge fig. 1 sammen med et kontrollsystem ifølge oppfinnelsen, og fig.

3 viser et diagram over en typisk spen-ningsstrømkarakteristikk for en likeretter ifølge fig. 2; fig. 4 viser delvis i snitt to likerettere ifølge fig. 2 sammen med sine individuelle kontrollsystemer og fig. 5 et planrlss av en kontrollanordning etter lin-jen 5—5 på fig. 4. Fig. 1 viser skjematisk en typisk sam-menstilling av likerettere som er anordnet mellom to tilkoblingspunkter 10 og 11 og som kan kobles til en eller annen elektrisk anordning (ikke vist). Hvis spenningen mellom punktene 10 og 11 er høyere enn den som uten fare kan påtrykkes over et enkelt likeretterelement i sperreretningen, kobles flere likerettere i serie, slik at spenningen over hver likeretter ikke blir for stor. På fig. 1 er vist en rekke likerettere 12, 13, 14 og 15 som er koblet i serie mellom punktene 10 og 11. Hvis der ønskes en høyere strømstyrke i gjennomslipningsretningen mellom punktene 10 og 11, kan flere likerettergrener kobles parallelt; fig. 1 viser foruten grenen 16, tre parallelle grener 17, 18 og 19; hver av grenene omfatter fire likerettere i serie, men et høyere antall kan ved behov anvendes. Fig. 2 viser i diagramform en av de fire grener i henhold til fig. 1, f. eks. grenen 16, sammen med en beskyttelsesan-ordning ifølge oppfinnelsen. Likeretterne 12, 13, 14 og 15 representerer likerettere som normalt er effektlikerettere. De festes ved hjelp av bolter eller på annen måte til

en til formålet passende bæreanordning, f. eks. varmeutvekslere 20,21,22og23, som omfatter blokker eller masser med god var-meledningsevne og er fordelaktig utstyrt med ribber 24 som øker varmeavledningen. For at hvert av de fire likeretterelementer skal kunne kobles i serie, er varmeutveks-lerne fremstilt av et elektrisk ledende materiale, fortrinnsvis et metall som basis-punktet på et likeretterelement er festet til; hver varmeutveksler er dessuten koblet til toppen av den likeretter som er anbragt på neste varmeutveksler eller bæreanordning.

Elektroden på det likeretterelement som er forbundet med varmeutveksleren eller bæreanordningen, skal i det følgende kalles bæreelektroden, og den elektrode som ikke er koblet til sin egen bæreanordning, skal kalles toppelektroden. For effektlikerettere er toppelektroden ofte anode og bæreelektroden katode, men det kan også være omvendt. Likerettere som passer til dette formål, kan være av germanium-typen eller silisium-typen, som begge er velkjente.

En kontrollanordning er koblet over hvert av likeretterelementene. Disse kontrollanordninger er betegnet med 25, 26, 27 og 28 og tilhører likeretterelementene henholdsvis 12, 13, 14 og 15. De fire kontrollanordninger er like, slik at bare én, f. eks. 28, skal beskrives.

Hver av bæreanordningene er utstyrt med en elektrisk tilslutningsledning 29 som på figuren omfatter to ledninger 29a og 29b som fører til en felles ledning 29c som på sin side er forbundet med en ledning 29d som er sammenkoblet med en ledning 29e som fører opp til en koblingsklemme 30. En ledning 31, hensiktsmessig bøyelig, forbinder hvert liker etter elements topp-elektrode med ledningen eller skinnen 29 for den neste likeretter; forbindelsen er utført ved punktet 32 (eller ved punktet 11 i tilfelle det er den siste likeretter i grenen). Alle fire likerettere er derfor koblet i serie mellom punktene 10 og 11 og danner grenen 16 på fig. 1. Hvert kontrollsystem, f. eks. systemet 28, omfatter tre parallelle grener 33, 34 og 35; grenene er koblet mellom én klemme 30 og den neste klemme 30, dvs. fra en skinne 29e til den neste. En ledning eller skinne 36 er anordnet til dette formål, idet hver ledning har en oppbøyd del 36a i nærheten av lederens 29e øvre ende, slik at lederne 29e og 36a kobles sammen over de fjærende klemmer 30.

Kontrollgrenen 33 omfatter en motstand 37 som er koblet mellom skinnene

36 og 29e for likeretteren 15. Grenen 34

omfatter en motstand 38 å serie med en lampe 39, fortrinnsvis av gassutladnings-typen, f. eks. en neonlampe; grenen 35 omfatter to likeretterelementer 40 og 41 i serie med en lampe 42.

Det vil sees at for hele sammenstillin-gen vil ved grenene 33 som omfatter motstanden 37, alle fire motstander 37 som hver for seg er koblet parallelt med den tilhørende likeretter, ligge i serie med hverandre mellom punktene 10 og 11, idet denne serieforbindelse oppstår gjennom fire klemmer 30 og ledningene 29e. For å oppnå i det vesentlige like store spennin-ger over de individuelle likeretterelementer i sperreretningen, bør alle motstander 37 være like store. En passende verdi av hver av motstandene 37 er ca. 200.000 ohm, idet motstanden av hver av likeretterne i sperreretningen er ca. 5000 ohm. Den svake strøm som passerer gjennom motstandene 37 i sperreperioden vil sikre at der holdes samme spenning over alle likeretterelementer 12 til 15, selv om motstanden i sperreretningen av hvert likeretterelement ikke er helt den samme. Hvis disse motstander 37 ikke er tilstede, vil spenningen over likeretterne 12 til 15 fordele seg i forhold til likeretternes motstand i sperreretningen, slik at der oppstår en større spenning over den som har en høyere motstand enn de andre.

I grenene 34, som hver omfatter en motstand 38 og et gassfylt rør 39, bør disse motstander 38 være meget mindre enn motstandene 37, f. eks. 4000 ohm når motstanden 37 er 200.000 ohm. I den ledende del av perioden er spenningen over hver av likeretterne så lav at der ikke går noen nevneverdig strøm gjennom de respektive motstander 38. Spenningene over likeretterne i sperreperioden er tilstrekkelig til å frembringe en svak strøm gjennom hver enkelt motstand 38 med tilhørende gass-utladningsrør 39, slik at rørene gløder svakt og frembringer et svakt rødt lys hvis det er neonrør. Hvis spenningen over et av likeretterelementene 12 til 15 er unormalt stor, vil en større strøm gå gjennom motstanden 38, slik at neonrøret lyser ster-kere. Hvis spenningen over likeretteren på den annen side faller under en bestemt minimumsverdi som ligger godt under den normale spenningen i sperreperioden, vil røret ikke gløde i det hele tatt. Hvert av de gassfylte rør gir derfor en synlig indi-kasjon av spenningsf or delingen over de respektive likerettere. Hvis en av diode-likeretterne 12 til 15 kortsluttes eller får dårlige sperreegenskaper, vil spenningen over diodene komme ut av balanse, idet den dårlige diode får den laveste spenning, slik at der ikke fåes en tilstrekkelig spenning til å tenne neonrøret 39. På samme tid vil de andre neonrør 39 bli utsatt for en spenning som er høyere enn den normale og vil som følge derav lyse ster-kere.

Det fremgår av denne forklaring at spenningsfordelingen mellom diodelikeret-terne 12 til 15 frembringes av diodene og de spenningsfordelende motstander 37.Hvis det skulle oppstå en feil ved et av neon-rørene 39 vil dette ikke påvirke likeretter-systemets virkning.

I kontrollsystemets gren 35 er de to seriekoblede dioder 40 og 41 (kontrolldioder) innkoblet med samme polaritet som hovedlikeretterne 15, slik at de vil sperre i samme del av perioden som diodene 15. I periodens sperredel vil der derfor ikke gå noen strøm gjennom lampene 42. Hvis det antas at hoveddioden 15 er av god kva-litet, vil der under periodens ledende del oppstå en spenning som er omtrent 1,2 V (for en silisiumdiode); denne spenning vil samtidig tilføres grenen 35. Det er ønskelig at hver av kontrolldiodene 40 og 41 skal ha 1 det vesentlige samme strøm-spenningskarakteristikk som hoveddioden 15; dette oppnåes lett ved at diodene 40 og 41 fremstilles av samme materiale som hoveddioden 15. Hvis det antas at dioden 15 er av silisium, bør da også diodene 40 og 41 være av silisium. Da den spenning som oppstår over dioden 15 når den leder, fordeles over de tre elementer 40, 41 og 42, vil spenningen over hver av diodene 40 og 41 bli mindre enn halvparten av den spenning som fåes over hoveddioden 15. Som et typisk eksempel kan lampen 42 ha en slik motstand at der oppstår ca. 0,2 V over den og 0,5 V over hver av diodene 40 og 41 når spenningen over hoveddioden 15 får den normale størrelse 1,2 V under den ledende del av perioden. Da mindre enn halvparten av den normale spenning på 1,2 V opptrer over hver av kontrolldiodene : 40 og 41, vil strømmen gjennom kontrolldiodene bli praktisk talt null som følge av den ikke-lineære karakteristikk som disse dioder har. Silisiumdiodenes 15, 40 og 41 karakteristikk er vist på fig. 3, og det fremgår av denne figur at ingen nevneverdig strøm begynner å gå i gjennomslipningsretningen før spenningen overstiger 0,5 V. Lampen 42 kan derfor ha en merkeverdi på 2 V og 60 mA ved full lysstyrke. Med bare 0,2 V vil strømmen gjennom lampen derfor være for liten til å frembringe noe lys. Lampen 42 vil derfor under normale forhold ikke lyse.

Hvis seriekretsen over hoveddiodene 12, 13, 14 og 15 av en eller annen grunn

blir åpen mellom punktene 10 og 11, f. eks. ved at forbindelsen mellom en av diodenes basiselektroder og varmeutveksleren åpnes, vil hele grenen settes ut av drift. Hvis det antas at det er grenen 16 som åpnes, vil der ikke gå noen strøm gjennom denne;

strømmen vil i stedet fordele seg på grenene 17, 18 og 19 (fig. 1). Kontrollanordningen vil imidlertid straks vise at grenen 16 har en defekt del og hvilket av likeretterelementene som er ødelagt. Hvis dioden 15 er åpen, vil spenningen i den ledende retning over kontrollanordningen være meget høyere enn normalt. Den normale spenning i gjennomslipningsretningen er 1,2 V pr. diode, dvs. 4,8 V mellom punktene 10 og 11. Hvis dioden 15 er feil-aktig, vil der ikke gå noen strøm gjennom den; den eneste strøm som kan gå er den som går gjennom diodens 15 kontrollsystem. I gjennomslipningsretningen blir det strømmen gjennom grenen 35; da der i kretsen finnes to kontrolldioder 40 og 41 i tillegg til glødelampen 42 som er serie-koblet i denne gren, vil motstanden i grenen 35 være vesentlig høyere enn den som lioden 15 ville ha hatt om den virket normalt. Strømmen mellom punktene 10 og 11 . gjennomslipningsretningen gjennom grenen 16 reduseres derfor i forhold til den normale verdi, slik at spenningen over di-adene 12, 13 og 14 som er i orden, vil reduseres fra de normale verdier til ca. 0,5 V;

ler oppstår da ca. 3,3 V over den feilak-tige diodes 15 kontrollsystem. De to dioder 10 og 41 i kontrollanordningen blir som

'ølge av den høyere spenning utsatt for en neget høyere strøm enn den normale. Ved let foreliggende eksempel blir spennings-'allet i gjennomslipningsretningen ca. 0,9 7 over hver av diodene 40 og 41, slik at der

Jlir tilbake ca. 1,5 V over lampen 42. Dette ?ir en strøm i lampen 42, som er meget løyere enn den normale, idet lampen har :n merkeverdi på 60 mA og 2 V; der vil la gå en strøm på ca. 40 mA gjennom ampens glødetråd, slik at den lyser klart, jyset fra glødetråden står i forhold til kva-Iratet av strømmen gjennom den, slik at len er meget følsom for strømforandrin-;er. Lampens 42 forholdsvis sterke lys vil ingi den defekte diode.

Det bemerkes at kontrollanordningen imfatter meget følsomme midler for an-'ivelse av effektlikeretterenhetenes til-stander. Grenene 35 ved hver hoveddiode vil være meget følsomme med hensyn til strømmen gjennom grenene 16, 17, 18 og 19 som følge av diodenes 40 og 41 strøm-begrensende virkning. Grenen 34 er på lignende måte meget følsom med hensyn til spenningsforandringer over effektdioden. Når en av hoveddiodene viser et vesentlig større spenningsfall i gjennomslipningsretningen på grunn av øket belast-ningsstrøm, vil den tilsvarende lampe 42 straks lyse opp og vise at de rette betin-gelser ikke råder.

En fordelaktig mekanisk sammenset-ning av likeretter- og kontroll-anordningen ifølge fig. 2 er vist på fig. 4, idet denne figur viser to av hovedlikeretterenhetene og deres kontrollanordninger. På fig. 4 er der anvendt samme benevnelser som på fig. 2. To hovedlikeretterenheter er betegnet med 14 og 15 og deres kontrollanordninger med 27 og 28. Effektdiodene 14 og 15 er av den alminnelige type silisium- eller germanium-dioder. Ifølge alminnelig praksis er basiselektroden festet til diodens bæreanordning ved hjelp av en mut-ter 45 som er påskrudd en gjenget bolt 46 som på sin side er innskrudd i et hull 47 på varmeutveksleren 22 eller 23. Denne festeanordning er av metall og har tilstrekkelig masse og varmeledende egen-skaper til at varmen lett ledes vekk fra likeretterens aktive elementer til varmeutveksleren. Til effektdiodens topp er der festet et til formålet passende elektrisk koblingsmiddel 48 som forbinder toppelektroden med den bøyelige kabel 31.

Hver av kontrollanordningene 27 og 28 er festet til en elektrisk ledende bæreanordning 49 som på den viste utførelse består av ekstrudert aluminium. Denne anordning omfatter en nedre del 50 med en støtte 51 og en plate 52. Fra den nedre del 50 går der på den ene side en vegg 53 som danner en flik 53a; på den annen side går en lignende vegg 54 oppad fra den nedre del, men denne vegg 54 strekker seg ikke like langt opp som veggen 53. Ved et punkt som ligger høyere enn veggens 54 øvre ende, er der anordnet en metall-strimmel 55 som ikke står i elektrisk forbindelse med støtteanordningen 49. Bredden ay strimmelen 55 og bredden av støt-teanordningens vegger 53 og 54 samt den nedre del 50 er alle like store og av en så-dan størrelse at strimmelen 55 kan holde to små lampesokler 56 og 57, som vist på fig. 5. Ledningen fra lampeholderen 57 er benevnt 63 og leder til motstanden 38 i grenen 34. Motstandens annen ende er over ledningen 64 koblet til den oppstående del 53. Ledningen 66 fra lampeholderen 56 er koblet til kontrolldiodens 41 ene side, idet diodens annen side over ledningen 67 er koblet til kontrolldiodens 40 ene side; denne diodes 40 annen side er koblet til den oppadstående del 53 over en ledning 68. En ledning 69 er loddet til strimmelen

55 og kobler motstandens 37 ene ende til

strimmelen, idet motstandens annen ende over en ledning 70 er koblet til den oppadstående del 53.

Kontrollanordningens enkelte elementer kan settes sammen og festes til hverandre ved at de anbringes i en støpeform (ikke vist) med strimmelen 55 i riktig stilling i forhold til støttedelene 49 på fig. 4. En plast, fortrinnsvis en termoplast, hel-les deretter ned i formen som kan bestå av to parallelle sider anbragte langs delenes 53 og 54 motsatte sider, slik at plasten vil nå nivået 71 når formen holdes loddrett; delenes 50, 53, 54 og 55 kånter innstøpes da i plasten og holdes i f-iktig stilling. Da plasten dekker disse delers overflater, vil den også dekke forbindelses-ledningene 66, 69, 63, 64 og 70 samt motstandene og diodene 40, 41 slik at overfla-ten blir jevn som vist ved 72 på venstre halvdel.

Bæreanordningens 49 nedre del 50 har et hull 73 med gjenger som hindres i å fylles av plast. En skrue 74 skrues inn i hullet og fester kabelskoen 75 for den bøye-lige kabel 31, slik at kabelen er elektrisk forbundet med det annet kontrollsystems del 49. En flik 76 på hver av strimlene 55 danner en forbindelsesdel som tjener til å skaffe en elektrisk ledende forbindelse med fliken 53a på delen 53 i neste kontrollanordning. Disse deler forbindes elektrisk og mekanisk ved hjelp av fjærklemmen 30.

Hele likeretter- og kontrollenheten er festet til en skinne eller plate 78 som fortrinnsvis består av et elektrisk Isolerende materiale; hvis skinnen eller platen ikke er isolerende, må den isoleres fra de respektive elektriske komponenter for at der ikke skal oppstå kortslutning. Hver av ho-vedenhetene er festet til skinnen ved hjelp av to bolter 79 og 80. Disse bolter går gjennom tilsvarende hull på motsatte sider av støttedelens 49 nedre del 52, gjennom tilsvarende hull i skinnen 78 og til gjengede hull 81 og 82 i varmeutveksleren. Sylin-derformede deler 83 og 84 er anbragt om-kring boltene på begge sider av skinnen 78 for å holde enhetens deler i riktig inn-byrdes avstand.

De individuelle enheter kobles i serie som vist på fig. 2, ved at fjærklemmer 30

anbringes over flikene 53 og 76, samt at

de bøyelige ledninger 31 ved hver hoved-likeretterenhet kobles til den neste enhet

ved hjelp av skruen 74. Fliken 53 på den

derved frembragte kjedes høyre side kobles til punktet 10 og fliken 76 på kjedens

venstre side til punktet 11.

Det bemerkes at en hvilken som helst

enhet i systemet, enten det er en hoveddiodeenhet eller en kontrollenhet, kan skiftes ut uavhengig av de andre. Dette utfø-res ved at muttrene 85 og 86 på boltene 79

og 80 fjernes ved den enhet som skal skiftes ut, hvorved en kontrollanordning, f.

eks. 27, kan fjernes og erstattes med en

annen enhet (fjær-klemmene 30 og skruen

74 for den bøyelige ledning må først fjernes) ; den tilsvarende hoveddiodeenhet kan

samtidig byttes ut hvis det er ønskelig.

Den beskrevne utførelse av en likeretter og kontrollanordning danner en kom-pakt og effektiv enhet som avslører de enkelte; elementers tilstand, og de enkelte

enheter kan lett byttes ut.

Claims (3)

1. Anordning for kontroll og anvis-ning av om de enkelte effektlikeretterele-menter i en effektlikeretteranordning, fortrinnsvis av halvledende materiale, arbei-der på foreskreven måte, karakterisert ved at det parallelt med hvert likeretterelement (f. eks. 15) er koblet tre

kontroll-, henholdsvis anvisergrener (33, 34, 35), den ene (34) bestående av en sig-nallampe (39), fortrinnsvis av gassutlad-ningstype, i serie med en motstand (38), den annen gren (35) bestående av en sig-nallampe (42), fortrinnsvis en glødelampe, i serie med to seriekoblede hjelpelikeret-terelementer (40, 41) med samme gjen-nomslipningsretning og samme spennings-strømkarakteristikk som effektlikeretter-elementet (15), og den tredje gren (33) bestående av en motstand (37, fig. 2). 2. Anordning ifølge påstand 1, hvor anvisergrenene er tilkoblet mellom to elektrisk ledende skinner e. 1., karakterisert ved at den ene skinne (53) har elektrisk kontakt med en bæreanordning (49) og har en ved anordningens ene ende fremstikkende flik (53a) og den annen skinne (55) er forsynt med en ved anordningens annen ende fremstikkende flik (76), idet den ene flik (53a) på én anordning (72) er innrettet for elektrisk sammenkobling med den annen flik (76) på en tilstøtende anordning (72) ved hjelp av en fjærklemme (30) over begge fliker (53a og 76) (fig. 4).

3. Anordning ifølge påstand 2, karakterisert ved at de tre anvisergrener (33, 34, 35) er innstøpt i bærean-ordndngen (49) ved en tettende og elektrisk isolerende støpemasse (fig. 4).