DE1074740B - Anordnung zur Gleichrichtung einer Wechselspannung mit Steuerung der Gleichspannung und Gleichstromleistung mittels Transistoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Steuerung von Gleichstromleistungen mit dem Transistor findet ihre Anwendungsgrenze zur Zeit darin, daß das Produkt Strom mal Spannung am Transistor eine Verlustleistung darstellt, die für einen gegebenen Typ begrenzt ist und auch bei Entwicklung von Einheiten, die eine hohe Verlustleistung abführen können, vom wirtschaftlichen Standpunkt aus unerwünscht ist.

Es ist bekannt, den Transistor in der Weise zu betreiben, daß sein Aussteuerungszustand zwischen voller Öffnung und voller Sperrung in sehr kurzer Zeit geändert wird. In dieser Betriebsweise wird er als »Schalttransistor« bezeichnet. Da die Verluste in den beiden Grenzlagen am geringsten sind und nur einen Bruchteil des Wertes betragen, der sich bei Teilaussteuerung ergibt, lassen sich mit dem gleichen Muster höhere Leistungen schalten, als stetig steuern. Ferner ist bekannt, daß Gleichstromleistungen, die über Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz entnommen werden, dadurch mit gutem Wirkungsgrad gesteuert werden können, daß der Phasenwinkel des dem Netz entnommenen Wechselstroms im Verhältnis zur Wechselspannung geändert wird, sei es durch vormagnetisierte Drosseln oder durch Zündzeitpunktverschiebung bei gittergesteuerten Quecksilberdampfgleichrichtern.

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Transistoren steuerbare, vorzugsweise mehrphasige Gleichrichteranordnung mit dem Kennzeichen, daß mit einem ungesteuerten Ventil jeweils ein durch Strom-Mitkopplung als Schaltglied ausgebildeter Transistor in Reihe liegt und der letztere durch Verschiebung

des Zeitpunktes des die Kippung auslösenden-Signals

mit Bezug auf die Phasenlage der speisenden Wechselspannung gesteuert wird.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, mittels ungesteuerter Ventile und Transistoren die Steuerung einer Gleichstromleistung zu bewerkstelligen, wobei die Transistoren als gesteuerte Schalter arbeiten sollen.

Die beschriebene Anordnung erweitert den mit Transistoren zu beherrschenden Leistungsbereich beträchtlich, läßt auch bei der zu erwartenden Entwicklung größerer Einheiten wirtschaftliches Arbeiten zu und ermöglicht Spannungsumkehr und Energierücklieferung ins Wechselstromnetz.

Fig. 1 zeigt das Prinzip am Beispiel einer Zweiphasenschaltung. Es sind pnp-Transistoren angenommen, die beispielsweise in Emitter-Schaltung verwendet werden. Die Leistungstransistoren 1 liegen in Reihe mit den ungesteuerten Ventilen 2, die an den Netztransformator 3 angeschlossen sind. Der Wandler 4 (Fig. 2), dessen auf einem Kern angeordnete Wicklungen 4_X bis 4₄ in dem Schaltbild getrennt dar-Anordnung zur Gleichrichtung

einer Wechselspannung

mit Steuerung der Gleichspannung

und Gleichstromleistung

mittels Transistoren

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Dr.-Ing. Robert Jötten, Berlin-Frohnau,
ist als Erfinder genannt worden

gestellt sind, liefert den Strom-Mitkopplungsimpuls über das Ventil 5 auf den Einstellwiderstand 6. Der letztere wird so eingestellt, daß der Transistor bei negativer Spannung an der Basis und richtiger Polarität der treibenden Wechselspannung in den voll geöffneten Zustand kippt, also als Schalttransistor arbeitet. Der Rückkopplungswandler 4 ist in Fig. 2 mit gleichlautender Bezeichnung seiner Wicklungsenden nochmals herausgezeichnet. Ventil 5 hält die Spannung in Sperrichtung von der Basis-Emitter-Strecke fern. Mit 15 ist der Verbraucher bezeichnet. — Die Anordnung läßt sich mit in der Phase schwenkbaren Impulsspannungen der Impulsspannungsquellen 7 steuern, wie es vom Quecksilberdampfgleichrichter her bekannt ist. Es ist auch möglich, mit der Impulsspannungsquelle 7 eine sägezahnähnliche Spannung fester Phasenlage zuzuführen und die Steuerungen mit einer Gleichspannung U_st der Gleichspannungsquelle 9 auszuführen, wie dies ebenfalls schon beschrieben ist.

Eine Variante der beschriebenen Anordnung zeigt Fig. 4. Hier ist jedem Leistungstransistor 1 ein im allgemeinen kleinerer Hilfstransistor 11 zugeordnet, dessen Basis jeweils von der zugehörigen Impulsspannungsquelle 7 eine Impuls- bzw. Sägezahnspannung zugeführt wird. Der Hilfstransistor arbeitet als Spannungsverstärker mit der Hilfsspannungsquelle 10 und dem Arbeitswiderstand 8. Der Leistungstransistor öffnet, wenn der Hilfstransistor gesperrt wird und damit das Potential des Punktes P in negativer Richtung ansteigt. Die notwendige Strom-Mitkopplung, die das Kippverhalten bewirken soll, geschieht dadurch, daß dem Emitter des Hilfstransistors 11 eine an

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dem niederohmigen Kopplungswiderstand 12 passend eingestellte, dem Hauptstrom proportionale Rückkopplungsspannung zugeführt wird. Auch für diese Schaltung sind die beiden obenerwähnten Steuerverfahren anwendbar. Die Erweiterung der beiden Schaltungen auf mehrphasige Schaltungen mit gerader Phasenanzahl macht keine Schwierigkeiten. Bei dem im Anschluß an Fig. 1 beschriebenen Beispiel wird für je zwei um 180° versetzte Phasen ein Rückkopplungswandler angeordnet. Beträgt die Phasenzahl drei, so kann man den Rückkopplungswandler mit Dreischenkelkern und Anordnung der Wicklungen nach Fig. 3 ausführen.

Mit der dargestellten Anordnung wird erreicht, daß für jeden Schenkel der Mittelwert der Primär durchflutung, der Mittelwert der Sekundärdurchfiutung und der Mittelwert der Gesamtdurchflutung zu Null wird.

Die oben schon erwähnte Möglichkeit, im Wechselrichterbetrieb Energie an das Wechselstromnetz zurückzuliefern, folgt ohne weiteres daraus, daß die Reihenschaltung von Schalttransistor 1 und Ventil 2 die Sperrspannung in der gleichen Weise aufnimmt, wie dies beim Quecksilberdampfgleichrichter die Entladungsstrecke tut. Das Ventil 2 nimmt am Ende der Kommutierung die negative, d. h. der Stromflußrichtung entgegengerichtete Sperrspannung auf. Der Transistor 1 nimmt, bevor er leitend wird, die Spannung in Durchlaßrichtung des Ventils 2 auf. Ist der Transistor 1 durch einen Impuls »gezündet«, so bleibt er wegen der Strom-Mitkopplung so lange leitend, bis der Strom im Ventilzweig 1, 2 auf Grund der Spannungs- und Reaktanzverhältnisse in der Schaltung auf Null kommutiert worden ist.

Claims (6)

Patentansprüche: 35

1. Mit Transistoren steuerbare, vorzugsweise mehrphasige Gleichrichteranordnung, dadurch ge kennzeichnet, daß mit einem ungesteuerten Ventil jeweils ein durch Strom-Mitkopplung als Schaltglied ausgebildeter Transistor in Reihe liegt und der letztere durch Verschiebung des Zeitpunktes des die Kippung auslösenden Signals mit Bezug auf die Phasenlage der speisenden Wechselspannung gesteuert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom-Mitkopplung über einen Rückkopplungswandler (4) erfolgt, der primär im Gegentakt von zwei um 180° versetzten Phasenströmen erregt wird und sekundär im Gegentakt über zwei Ventile (5) die Mitkopplungsspannung auf je einen Widerstand (6) im Basiskreis des zu steuernden Transistors überträgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei drei um jeweils 120° versetzten Phasen ein Wandler mit Dreischenkelkern vorgesehen ist, bei dem Primär- und Sekundärwicklung für jede Phase zyklisch symmetrisch auf je zwei Schenkel aufgeteilt sind, so daß für jeden Schenkel der zeitliche Mittelwert der Primärdurchflutung, der zeitliche Mittelwert der Sekundärdurchfiutung und der zeitliche Mittelwert der Gesamtdurchflutung den Wert Null hat.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strom-Mitkopplung galvanisch über je einen Hilfstransistor (11) erfolgt, zwischen dessen Basis und dem negativen Pol der Gleichrichteranordnung das den Haupttransistor öffnende Signal eingespeist wird und dessen Emitter als Steuerelektrode für die Zuführung der von einem Einstellwiderstand (12) in der Emitterzuleitung des Haupttransistors (1) abgegriffenen Rückkopplungsspannung dient.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung durch in der Phase schwenkbare Impulse einer Impulsspannungsquelle (7) erfolgt.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuerelektroden des Haupt- und/oder Hilfstransistors eine Impulsspannung passender Phasenlage mit vorzugsweise sägezahnförmigem Kurvenverlauf zugeführt wird und die Steuerung durch eine überlagerte Gleichspannung (JJ_Sf) erfolgt, die zwischen dem Minuspol der Gleichrichteranordnung und dem den Impulsspannungsquellen (7) gemeinsamen Punkt eingefügt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Proceedings of the IRE, November 1952, S. 1510; AIEE-Transactions, März 1955, S. 142;
Funk und Ton, 1954, Nr. 10, S. 553;
Elektronik, 1956, Nr. 10, S. 271/272;
AEÜ, Bd. 7 (1953), S. 317.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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