DE1638962A1 - Stromkreis mit steuerbaren Gleichrichtern - Google Patents

Description

PATENrANWSlTE

DlPL4NG.m ΝΪΕΜΑΝΝ DR. M. KOHILER DiPL-IKG. G. GERKHARDT

MDNCHEN WAMBuRG

: 385314- ■ 2000 HAMBURG so, 18. Januar 1968

TEtEGKAMMEt KARPATENT KONlGSfRTÄSSE 28:

23069/67 12/Me

Westinghouse Brake and Signal Company Mini ted London (England)

Stromkreis mit steuerbaren Gleichrichtern«

Die Erfindung bezieht sich auf Stromkreise,, die mit künstlicher Kommutierung' einer steuerbaren Gleichrichter» vorrichtung arbeiten, und sie bezieht sich insbesondere auf Stromkreise, die eine Strombegrenzungsinduktanz und einen zugeordneten Kommutierungskondensator aufweisen*

Die Erfindung ist insbesondere bei Wechselrichtern anwendbar, die solche Stromkreise verwenden, bei denen . reaktive Rückkopplungsnetzwerke vorhanden sind,_; die na.ch der Kommutation durch einen solchen Kommutierungskondensator den Fluß von Blindleistung ermöglichen.

Gemäß der Erfindung ist ein Stromkreis^ mit steuerbaren Gleichrichtern, der im Betrieb einer Belastung Strom aus einer Stromquelle über eine steuerbare Gleichrichtervor-; richtung und eine Strombegrenzungsinduktanz zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß: ein Kommutierujagskondensator vorgeseheri ist, der so anschaitbar ist, daß er den Stromfluß

von der Gleichrichtervorrichtung ableitet, um sie nichtleitend zu machen, und dadurch ihre Abschaltung zu bewirken,, und ein weiterer Kondensator vorgesehen ist, in den nach der Abschaltung der Gleichrichtervorrichtung der in der Induktanz fließende induktive Strom wenigstens teilweise abgeleitet wird.

Vorzugsweise ist eine Einrichtung vorgesehen, die nach der Ableitung; den. weiteren.Kondensator wenigstens teilweise in die Zufuhrseite des Stromkreises entlädt,

Bei einem Wechselrichter, bei dem die Erfindung: angeblendet wird und der zwei solcher Induktanzen, eine in jeder Zuführleitung: von einer Gleichstromquelle, aufweist, können die Induktanzen. jeweils mit einem solchen weiteren Kondensator versehen seinj stattdessen kann auch in dem Fall, daß diese Induktanzen wechselseitig gekoppelt sind, ein einziger solcher Kondensator vorgesehen sein, in den die zufolge der beiden Induktanzen auf tretende Blindleistung wenigstens teilweise abgeleitet wird» ^v '..'.// ■ /

= Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung/ beispielsweise erläutert. ^: / - " .

Fig. 1 und 2 sind schematische Darstellungen von Wechsel*

- rlchterstromkreisen gemäß der Erfindung«/" ""■■■■ Fig. 3 ist, ein Diagramm von Wellenformen, auf die bei der Beschreibung der Arbeitsweise des Stromkreises gemäß Fig. 1 Bezug genommen wird. ■ ";.-■■/

Fig. 4 und 5 geben Abwandlungen eitles Stromkreises ge-_:

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maß der Erfindung wieder.

Fig. 6 und 7 geben Mittel wieder, welche dazu dienen, die Ladung des zusätzlichen Kondensators in den Stromkreis zu zerstreuen.

Fig. 8 veranschaulicht die Art der Anwendung der Erfindung bei einem üblichen Parallelwechselrichter. . . ■

Fig. 9 und 10 geben Abwandlungen von Teilen der Stromkreise gemäß Fig. 7 und 8 wieder. F.ig. 11 stellt eine Abwandlung des Stromkreises gemäß

Fig. 8 dar.
Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in Anwendung bei einem Mehrphasen-Wechselrichterstromkreis.

In Fig. 1 ist ein Wechselrichter der Brückenart dargestellt, der Eingangsanschlüsse 1 und 2 aufweist, an die eine Gleichstromquelle mit der dargestellten Polarität angeschaltet ist. Der Anschluß 1 ist über eine Strombegrenzungsinduktanz Ll mit dem einen der Gleichstromanschlüsse einer Brücke aus steuerbaren Halbleitergleichriohtern TrI, Tr2, TrJ und Tr4 verbunden. Der andere Gleichstromanschluß der Brücke ist über eine weitere Strombegrenzungsinduktanz L2 mit dem Eingangsanschluß 2 verbunden. Außerdem ist über die Zufuhr zu der Brücke_ein Kommutierungskondensator Cl in Reihe mit einem weiteren steuerbaren Halbleitergleichrichter Tr5 geschaltet» Obwohl nicht dargestellt,ist dem Kondensator

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Cl ein Ladestromkreis zugeordnet, durch den der Kondensator ' nach jeder der aufeinanderfolgenden Kommutationen wieder aufgeladen werden kann. Der Ladestromkreis kann ein Stromkreis sein, wie er in der britischen Patentschrift 920 106 beschrieben ist.

Die Last 3* welche der Stromkreis speist, ist als induktive Last angenommen, die an die Wechselstromanschlüsse der von den Gleichrichtern TrI bis Tr4 gebildeten Brücke, nämlich an die Verbindungsstellen zwischen den Gleichrichtern TrI und Tr2 bzw. den Gleichrichtern TrJ und Tr4 angeschlossen ist. Weiterhin sind, um induktive Ströme nach der !Commutation bzw. Umkehrung des Stromes über die steuerbaren Halbleitergleichrichter zu der Zufuhr zurückzuführen, sind Rückkopplungsdioden MRl, MR2, MRJ und MR4 in der dargestellten Weise angeschlossen, und ferner ist jeder der Induktanzen Ll und .L2 ⁼ eine Reihenkombination aus einer Diode MR5 und einem Kondensator 02 bzw. aus einer Diode MR6 und einem Kondensator CJ parallelgeschaltet. Außerdem können wahlweise vorzusehende ψ steuerbare Halbleitervorrichtungen Tr6 bzw. Tr7 parallel zu den Induktanzen Ll und L2 angeordnet sein, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet 1st. Diese wahlweise vorzusehenden Vorrichtungen Tr6, Tr7 haben einen Zweck, der sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Arbeitsweise des Stromkreises ergibt. Eine geeignete Eingangskapazität C4 ist zusätzlich über die Zufuhranschlüsse geschaltet, um eine Zufuhrquelle mit stetiger niedriger I. ipedanz zu schaffen.

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Zum Betrieb der Stromkreisausführung gemäß Fig. 1 wird angenommen, daß ein geeigneter Antriebsstromkreis vorgesehen ist, der Triggersignale an die steuerbaren Haibleitergleichrichter TrI bis Tr4 so anlegt, daß die (KLeiehrichterpäare ' TrI, Tr4 und Tr2, TrJ zusammen getriggert werden* Außerdem ist der Antriebsstromkreis erforderlich,/um Triggersignale für den Gleichrichter Tr5 zwischen den Zeitpunkten des Triggerns der aufeinanderfolgenden Gleichrichterpaäre in der Gleichrichterbrücke zu liefern.

Wird angenommen, daß die Gleichrichter TrI und Tr4 leitend sind, dann fließt Strom von dem Zufuhranschluß 1 über den Gleichrichter TrI zu dem einen Anschluß der Last J und von dem anderen Anschluß der Last j5 über den Gleichrichter Tr4 zurück zu dem anderen Zufuhranschluß 2 über die Induktanz L2. Wenn andererseits die Gleichrichter Tr2 und Trj5 leitend wären, würden die Strombegrenzungsindiiktanzen in der gleichen Richtung wie zuvor leiten, jedoch würde der Strom in der Last 3 in entgegengesetzter Richtung %i'ließen. Es ist daher ersichtlich, daß der Stromkreis grundsätzlich als Wechselrichter arbeitet, ufff der Last J Wechselstrom zuzuführen. „

Zum Zweck der aufeinanderfolgenden Kommütatlon der Gleichrichterpaare TrI, Tr4 und Tr2, TrJ wird der Kondensator Cl mit der dargestellten Polarität auf eine Spannung aufgeladen, die höher als die Zuführspannüng ist. Wenn der Gleichrichter Tr5 getriggert wird, werden Umkehrspannungen

an die aieichriqhter TrI und Tr²J- angelegt, so daß sie . nichtleitend gemacht werden. Wenn die Last.3 induktiv._; . ist, wird die in der Last gespeicherte Blindleistung über die Dioden MR2 und MR^ zu der Zufuhr zurückgeführt. Während der dem Triggern des Gleichrichters Tr5 folgenden Periode fließt Strom aus der Zufuhrquelle über die Induktanzen Ll und L2 in den Kondensator Gl, und zwar beginnend bei einem Wert, der gleich dem Laststrom kurz vor Auftreten der Kommutation ist,,und zunehmend bis zu dem Augenblick, an velchem die Spannung an dem Kondensator Cl gleich der Zufuhrspannung wird. Es ist dann erforderlich, den.weiteren Anstieg der Spannung an dem Kondensator Cl zu begrenzen, weil die Spannung sonst weiter ansteigen würde, bis der steuerbare Halbleitergleichrichter der Brücke ohne Triggersignale leitend gemacht würde, und zwar zufolge der an ihn angelegten übermäßigen Ano^denspannung. Es kann angenommen werden, daß dies durch das darauffolgende Triggern der Gleichrichter Tr2 und Tr3 erreicht wird, jedoch ist zu bemerken,, daß dadirch ein zirkulierender Strom hervorgerufen wird, der den in den Induktanzen Ll und L2 fließenden vergrößerten Strom zu halten sucht. In diesem zirkulierenden induktiven Strom können Erhöhungen auftreten, falls keine Maßnahmen getroffen sind, die verhindern, daß diese Erhöhungen kumulativ werden, wenn die Kommutation beim Arbeiten des Stromkreises periodisch fortschreitet, und der Strom kann sich bis zu einem Wert aufbauen, bei welchem keine Kommutation des Strömkreises auf--

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tritt. Jedoch kann dieser Nachteil durch das Vorsehen der Parallelpfade, welche die Diode MR5 und den Kondensator C2 bzw. die Diode MR6 und den Kondensator CJ enthalten, überwunden werden, wie es in Fig. J graphisch veranschaulicht ist. in der Kurven, welche die Spannung an-den Punkten A und B in dem Stromkreis gemäßFig. 1 darstellen, zusammen mit einer entsprechenden Kurve des induktiven Stromes in der Induktanz Ll bzw. L2 wiedergegeben sind. " .

Aus Fig. J zusammen mit Fig. 1 ist unter der Annahme, daß das Triggern eines darauffolgenden Paares von steuerbarenHalbleitergleichrientern in der Brücke nach Kommutation des vorhergehenden Paares verzögert ist, so daß anfänglich kein Zirkulationsweg gebildet ist, und unter der Annahme, daß die Kommutation durch Triggern des Gleichrichters Tr5 zu dem Zeitpunkt ti gemäß Fig. 3 auftritt, erkennbar, daß die leitenden Gleichrichter TrI und Tr4 gerade so lange umgekehrt vorgespannt sind, wie die Spannung an dem Kommutierungskondensator Cl die Zufuhrspannung übersteigt. Dieser Zustand bleibt beispielsweise bis zum Zeitpunkt t2 gemäß Fig. j5 bestehen. Das Potential an dem Punkt A steigt in Richtung gegen das Potential an dem positiven Zufuhranschluß und der Strom in den Induktanzen Ll und L2 steigt bis zum Zeitpunkt tj> gemäß Fig. jb^wo die Spannung an ihnen auf Null fällt. Die Gleichrichter TrI und Tr4 sind nunmehr nichtleitend, und die Gleichrichter Tr2 und TrJ sind noch nicht getriggert, so daß bislang kein Zirkulationsstromweg.

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BAD OBlGlNAL

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über der Induktanz Ll oder der'Induktanz L2 vorhanden ist. Zum Zeitpunkt tj oder säir kurz danach - der genaue Zeitpunkt hängt von der Spannung ab, auf welche die weiteren Kondensatoren C2 und CJ anfänglich aufgeladen sind sind die Dioden MR5 und MRö vorwärts vorgespannt, und die Kondensatoren C2 und CJ sind dem Kondensator Cl effektiv parallelgesehaltet. Diese Kondensatoren C2 und CJ teilen sich daher den Strom, der in den Induktanzen Ll und L2 fließt,

. mit dem Kondensator Cl. Da angenommen ist, daß die Kapazität der zusätzlichen Kondensieren C2 und CJ in bezug auf die Kapazität des Kondensators Cl beträchtlich■istj steigt das Potential an dem Punkt A weiter an, jedoch mit beträchtlich kleinerer Geschwindigkeit, die von den genauen relativen Kapazitätswerten abhängig ist, und zwar bis zum Zeitpunkt tky an welchem das gesamte Spannungs-Zeit-Integral an den Induktanzen Ll und L2, gemessen vom Kommutationszeitpunlct ti anj, Null wird. Dieser Zeitpunkt tritt auf, wenn die schattierten Flächen unter der Kurve VA gleich sind, und

W an diesem Zeitpunkt befindet sich der Strom in den Induktanzen Ll und L2 auf "seinem anfänglichen Wert. Die GIeichrLchter Tr2 und TrJ werden dann in ihren leitenden Zustand getriggert, und irgendein Strom in den Induktanzen Ll und L2, der nicht unmittelbar von dem Laststromkreis aufgenommen wird, kann über den Gleichrichter Tr2 und die Diode MR2 _T oder den Gleichrichter TrJ und die Diode MRJ, je nachdem, wie es der Fall ist, zirkulieren. Es ist zu betranken, daß

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dieser zirkulierende Strom nicht stärker als der vor der Kommutation in den Induktanzen Ll und L2 vorhandene Strom ist, und daher besteht kein Bestreben für den Aufbau des Stromes in den Induktanzen Ll und L2 oder damit zum Aufbau ^! einer Ladung an dem Kondensator Cl über aufeinanderfolgende Kommutationen der Gleichrichterpaare in der Brücke des Wechselrichters.

Bisher ist der Zweck der wahlweise vorgesehenen steuerbaren Vorrichtungen Tr6 und Tr7 nicht genannt vorden. Es

daher
■sei/an dieser Stelle bemerkt, daß, wenn der Wechselrichter betätigt werden soll, um eine steuerbare Ausgangsspannung zu liefern, indem der Zündwinkel der Paare von Halbleitergleiehrientern in der Brücke des Wechselrichters vorverlegt und verzögert wird, die Vorrichtungen Tr6 und Tr7 zum Zeitpunkt t 4 getriggert werden können, an welchem die Gleichlichter Tr2 und TrJ nach der oben getroffenen Annahme geiriggert worden sind, um einen kontinuierlichen Wiederumlaufweg für den Strom in den Induktanzen Ll und L2 zu schaffen.

Weiterhin ist es, wenn bei der Wechselrichterausführung gemäß Fig. 1 die Induktanzen Ll und L2 wechselseitig gekoppelt sind, möglich, einen der weiteren Kondensatoren C2 und CJ mit der ihm zugeordneten Diode fortzulassen. In diesem Fall wird die Wiederumlaufenergie in den beiden Induktanzen Ll und L2 wenigstens teilweise in einen einzigen zusätzlichen Kondensator abgeleitet.

Der Stromkreis gemäß Fig. 2 ist grundsätzlich im wesent-

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lichen der gleiche wie der StrornkBäs gemäß Fig, 1, mit der • Ausnahme, daß die weiteren Kondensatoren C2 und CjJ, in die der Strom in den Induktanzen Ll und L2 abgeleitet wird, in den Rückkopplüngswegen von den Rückkppplungsdioden MRl, MR> bzw. MR2, MR4 angeordnet sind. Die Dioden MR5 und MR6 können hier, wie dies durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, so angeschlossen werden,, daß sie die Kondensatoren C 2 und CJ den betreffenden Induktanzen Ll und L2 parallel' ψ schalten. ■

- Die Arbeitsweise des Strompreises gemäß Fig. 2 ist derjenigen des Stromkreises gemäß Fig. 1 allgemein ähnlich, mit der Ausnahme, daß, da die Rückkopplungsdioden MRl bis MR4 an die Kondensatoren C2 und CJ angeschlossen sind, die steuerbaren Halbleitergleichrichter in der Wechselrichter-: brücke zu irgendeinem Zeltpunkt ohne Kurzschließen der ' Induktanzen Ll und L2 getriggert werden können. Die Begrenzung der Spannung an dem Kondensator Cl wird hler ausschließlich durch Triggern der Hilfsgleichrichter Tr6 und TrT zum Zeitpunkt t4 erzielt. Die Spannungskurven -für die Punkte A¹ und B¹ gemäß Fig. 2 sind im Vergleich"zu Fig. 1 etwas abgewandelt, wie dies aus Fig. J ersichtlich ist. ^Λ: Der Stromkreis gemäß Fig. 2 hat Im Vergleich zu dem Stromkreis gemäß Fig. 1 den Vorteil,daß nahezudas gesamte Zeitintervall zwischen.zwei aufeinanderfOlgenden Kommutationen aufeinariderfolgender Paare von Gleichrichtern in der Brücke des Wechselrichters verfügbar 1st, um die liiduktahzen

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' ORlGfNALiNSPECTEP

. bzw. Drosseln Ll undL2zurückzustellen,,während bei dem Stromkreis gemäß Pig. 1 die Rückstellzeit, die.in Fig. > dirch die Periode ti bis t4 dargestellt ist, in einem gewissen Ausmaß die leitende Zeit, die für die Halbleitergleichrichter in der Brücke des Wechselrichters verfügbar ist, verkürzen kann und so entweder die Arbeitsfrequenz begrenzen oder eine gewisse unerwünschte Erhöhung der" Spannung an dem Kommutierungskaiiensator Gl erfordern kann. Es ist jedoch, zu bemerken, daß bei dem Stromkreis gemäß Fig. 2 die weiteren Kondensatoren C2 und Cj5, in die der induktive Strom in den Induktanzen Ll und L2 wenigstens teilweise abgeleitet wird, möglicherweise etwas größer sein müssen als bei dem Stromkreis gemäß Fig. 1, da sie den Rückkopplungsblindstrom des Wechselrichters aufnehmen müssen. Somit kann es sein, daß die Stromkreisanordnung gemäß Fig. 1 für Anwendungen mit verhältnismäßig niedriger Frequenz und die Stromkreisanordnung gemäß Fig. 2 für Anwendungen mit verhältnismäßig hoher Frequenz zu bevorzugen ist.

Bisher ist nicht beschrieben worden, auf welche Weise der Zeitpunkt t4 bestimmt wird, an welchem die steuerbaren Halbleitergleichrichter in der Brücke des Wechselrichters gemäß Fig. 1 oder gemäß Fig. 2 bzw. die Hilfsgleichrichter Tr6 und Tr7 getriggert werden können. Ein Verfahren, dies zu erreichen, besteht darin, daß in die Antriebsstromkreise für die steuerbaren Gleichrichter geeignete Mittel eingeschlossen werden, die je nach den Betriebsbed'.ngungen eine

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feste oder variable Zeitverzögerung darstellen und ermöglichen, daß genügend Zeit verstreicht, damit die Induktanzen Ll und L2 nach dem Triggern des Kommutierungsgleichrichters Tr5 entsprechend rückgestellt werden.

Ein anderes Verfahren zum Bestimmfeen des Zeitpunktes t4 bestecht darin, eine Einrichtung vorzusehen, welche, die Spannung an dem Kommutierungskondensator Cl oder an der Strombegrenzungsinduktanz Ll oder L2 abfühlt und den Trigger-

» impuls für das betreffende Gleichrichterpaar der Brücke bzw», die zusätzlichen Hilfstransistoren Tr6 und Tr7 erzeugt, wenn die vorgenannte Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht. Dies hat den Vorteil, daß die in dem Kommutierungskondensator Cl gespeicherte Energie vor der nächsten Kommutation in einfacher und genauer Weise bestimmt werden kann. Dieses Verfahren kann jedoch, wie es nachstehend erkennbar wird, nicht in einem Fall angewendet werden, in welchem die Kapazitäten der Kondensatoren G2 und CJ übermäßiggroß im Vergleich mit der Kapazität des Kommutierungs-

h ■: - - ■■■■'. ....■-..

^w kondensators Cl sind. .;.'

Ein drittes Verfahren zum Bestimmen des Triggerzeitpunktes t4 besteht im Abfühlen des Spannungs-Zeit-Integrals an einer der Strombegrenzungsinduktanzen Ll und L2, wie es in der Anordnung gemäß Fig. 4 veranschaulicht ist. Gemäß Fig. 4 ist" eine sättigbare Drossel Lj5 in Reihe mit einem Widerstand Rl'über die Induktanz Ll geschaltet, und die Gleichstromwicklung der sättigbaren Drossel wird aus einer

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eine hohe Impedanz"aufweisenden Gleichstromquelle über einen Widerstand E2 mit einem schwachen Gleichstrom" gespeist, um die sätt:g->are Drossel L^ zwisehen den Kommutationen gesättigt zu halten, so daß sie für die ihr über den zusätzlichen Widerstand Rl'aufgedrückte Spannung eine hohe Induktanz darbietet -_s wenn der Kommutlerungs- . gleichrichter Tr5 getriggert wird. Die sättigbare Drossel LJ5 ist so ausgeführt, daß sie zum Zeitpunkt tj5 gemäß der Wellenform nach Fig. 3 in ihrem größten Ausmaß rückgesteilt wird und sich nach dem Zeitpunkt tj5 gegen Sättigung in der ursprünglichen Richtung bewegt. Zum Zeitpunkt t4, an dem das gesamte Spannungs-Zeit-Integral an der sättigbaren Drossel L5 und damit an der Induktanz Ll den Wert Null hat, sättigt sich die Drossel ΙΓ5, und an dem Widerstand Rl entsteht eine Spannungsstufe, die als Eingang zu dem Antriebsstromkreis für die steuerbaren Halbleitergleichrichter verwendet wird, um Zündimpulse für die entsprechenden Gleichrichter einzuleiten. Anstelle der Anordnung gemäß Fig. Λ könnte _:auch diejenige gemäß Fig. 5 verwendet werden.

Für die vorstehend und insbesondere in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Stromkreise-können die in einer Richtung leitenden Wege, die entsprechend den steuerbareh Gleichrichtern Tr6 und TrT vorgesehen sind, gewünschtenfalls durch

\ "'.'■.-_. Dioden und sättigbare Drosseln ersetzt werden, die dann

V -Ll bzw.

dahingehend wirken, die Verbindung über der Induktanz/IS zu schaffen. Es ist zu bemerken, daß in diesem Fall äie sättig-

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baren Drosseln so bemessen werden müssen, daß ste den zirkulierenden- Strom führen können. · /

^: Aus der vorstehenden Besehreibung der verschiedenen Stromkreisausführungen geht hervor, daß die Ableitung von Ladung, die sonst zu dem Kondensator Cl gehen würde, in den den weiteren Kondensatoren C2 und CJ oder in einem einzigen Kondensator gesammelt werden kann, Jedoch ist bisher nichts darüber ausgesagt, auf welche Weise die 'Energie in dem weiteren Kondensator bzw. in den weiteren

Kondensatoren ausgenutzt wird. Die Schaltungen gemäß Fig. tnd 2 arbeiten nur dann, wenn Mittel zum Entfernen der in dem Kommutationsstromkreis gespeicherten Energie vorgesehen sind, da kein Gleichstrompfad vorgesehen ist, der den Kondensatoren C2 und C3 zugeordnet ist. Nachstehend werden zwei Verfahren zur Wiedergewinnung" von in dem Kommutationsstromkreis gespeicherter Energie mit Bezug auf die Stromlireise beschrieben, die teilweise in Fig. 6 und Fig. 7 dargek stellt sind,

Fig. β zeigt den Teil des Wechselrichters, der die Induktanzen Ll und L2 gemäß vorstehender Beschreibung und den weiteren Kondensator C2 enthält, welcher der Induktanz Ll zugeordnet ist. Der Wechselrichter wird aus einer Dreiphasenwechsels tromquelle, die an die Anschlüsse 5 angeschlossen ist, über einen Dreiphasentransformator Tl gespeist. Auf den Transformator Tl folgt eine Dreiphasenbrücke, die allgemein mit MR7 bezeichnet ist und den Wechselrichter über

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eine Glättungsinduktanz L5 und einen Eingangskondensator C4 wie zuvor speist. Die Dreiphasenbrücke MR7 kann eine aus gesteuerten Halbleitergleichrichtern bestehende Brücke sein, die daher die Eingangsspannung zu dem Wechselrichter regeln kann, wie es gewünscht wird. Es ist angenommen, daß der Kondensator C2 in dem Stromkreis gemäß Fig« 6 eine so große Kapazität hat, daß die Spannung an ihm im wesentlichen konstant sein kann, ohne Rücksicht auf Stromimpulse, die zu ihm aus einem Kommutationsstromkreis oder den reaktiven Rückkopplungsdioden des Wechselrichters zurückgeführt werden, wie er oben mit Bezug auf Fig. 1 oder Fig., 2 beschrieben ist. Dem Kondensator C2 ist ein synchroner Umformer zugeordnet, dessen Stromkreis steuerbare Halbleitergleichrichter Tr8 und Tr9 und eine Glättungsdrossel iA enthält. Zwei Anzapfungen der Primärwicklung des Ausgangstransibrmators T2 des synchronen Umformers sind über Dioden MR8 bzw. MR9 an die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator C2 und der Induktanz IA angeschlossen. Die andere Seite des Kondensators C2 ist mit einer Mittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators T2 verbunden. Die Sekundärwicklung des Ausgangstransformators T2 des Umformers ist über zwei Phasen des den Stromkreis^ speisenden Wechselstromes geschaltet. Ein Antriebsstromkreis zum Anlegen von Triggersignalen an die steuerbaren Halbleitergleichrichter Tr8 und Tr9 ist durch den Block Dr dargestellt, und dieser Antriebsstromkreis Dr wird von einem Spannungsabfühlstromkreis

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Crjgesteuert, der die Spannungen an dem weiteren Kondensator C2 abfühlt.

Im Betrieb der Stromkreisausführung gemäß Fig. 6 fühlt der Spannungsabfühlstromkreis Cr die Spannung an dem Kondensator C2 ab und steuert beim Ansprechen auf diese Spannung den Zündwinkel der Gleichrichter Tr8- und Tr9, die abwechselnd getriggert werden, um Energie von dem Kondensator C2 zu der Wechselstromzufuhr zu übertragen. Der Steuerungssinn ist derart, daß die Spannung an dem Kondensator C2 gewöhnlich konstant gehalten wird. Gegebenenfalls kann jedoch auch durch Einstellen der Steuerung die gewünschte Spannung an dem Kondensator C2 in Übereinstimmung mit den Betriebsbcidihgungen geändert werden. Das oben erwähnte Diodenpaar MR8 und MRO- stellt eine die Aufladung einleitende Einrichtung dar, die eine anfängliche Ladung des Kondensators C2 beim Anschalten der Zufuhr hervorruft.

Falls eine gewisse Änderung der Spannung an dem Kondensator Ck der Stromkreisausführung gerr.äß Fig. 6 zugelassen werden kann, kann der Spannungsabfühlstromkreis Cr fortgelassen und der Umformer mit einem festen Zündwihkel in Beziehung zu dem Triggern der Kommutierungsvorrichtung in dem Wechselrichter betätigt werden.

und ' ■ '"■-■■

Eine zweite⁷ bevorzugte Art der Rückführung von in dem

weiteren Kondensator bzw. denveiteren Kondensatoren gesammelter Ladung zum Eingang des betreffenden Stromkreises ist in Fig. 7 veranschaulicht. Die in Fig. 7 dargestellte An-

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Ordnung wirkt auf den Gleichstromeingang zu dem Stromkreis, und obwohl sie einen minimalen Spannungsabfall in den Hauptstrompfad des Umformers einführt, wird sie als einfacher ' und wirksamer als die Schaltung gemäß Pig. 6 angesehen. Die Kapazität des zusätzlichen Kondensators C2 in der Anordnung gemäß Pig. J kann etwas kleiner als die Kapazität des Kondensators C2 sein, die in der Anordnung gemäß Fig. β erforderlichist. Ein typischer Wert für die Kapazität des Kondensators C2 kann das 5-*fache der Kapazität des Kondensators Cl sein. ..-"..

Der Stromkreis ist dadurch gebildet, daß zwischen den Kondensator C4 der Fig. 1 und die Verbindungsstelle dieses Kondensators C4 mit der Induktanz L5 ein Gleichrichter MRlO geschaltet ist. Ein weiterer steuerbarer Halbleitergleichrichter TrIO ist über die aus dem Kondensator C2 und dem Gleichrichter MRlO bestehende Kombination geschaltet. Die gestrichelte Linie deutet die alternative Verbindung der von den Rückkopplungsdioden MRl und MRJ kommenden Leitung gemäß der Schaltung nach Fig. 2 an.

Im Betrieb des* gemäß Fig. 7 abgewandelten Stromkreises wird der Kondensator C2 nach Jeder Kommutation im wesentlichen vollständig entladen, und daher beginnt er zum Zeitpunkt tj mit einer Ladung von im wesentlichen dem Wert"- ■· Null (Fig. 5). Während des Zeitraumes zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 befindet sich der steuerbare Halbleitergleichrichter TrIO in seinem vorwärtsblockierenden Zustand,

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und die*Dioden MR5 und MRlO sind beide leitend. Zum Zeit- ^; punkt t4 wird der Gleichrichter TrIO nach irgendeinem der' drei oben genannten Verfahren getriggert, und die Diode MRlO wird umgekehrt vorgespannt, so daß der Kondensator C2 sich in Reihe mit der Zufuhr entladet, und, obwohl nicht wesentlich, ist.zu bemerken, daß hierdurch die Spannung am Ausgang des Wechselrichters etwas erhöht -wird. Wenn der Rückkopplungsstrom direkt zu dem Speicherkondensator C4

" zurückgeführt wird,, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, kann eine zweckentsprechende Verzögerung zugelassen werden, bevor die steuerbaren Hauptgleichrichter des Wechselrichters getriggert werden. Stattdessen kann, wenn der Rückkopplungsstrom zur oberen Seite des Kondensators Q2 geführt wird, wie es durch die oben genarrte gestrichelte Linie angedeutet ist, die obere Grenze der Betriebsfrequenz des Wechselrichters gemäß vorstehender Beschreibung ausgedehnt werden, jedoch ist es erforderlich, den Gleichrichter TrIO so zu

D . ■ - bemessen, daß er den vollen Blindstrom führen kann, sowie die Energiewiedergewinnungskomponenten auf der anderen Seite des Wechselrichters zu verdoppeln und die Kapazität der . Kondensatoren zu vergrößern. Diese Verdoppelung der Energie-Wiedergewinnungskomponenten wurde bisher auf Grund der Kopplung der Induktanzen Ll und L2 als nicht erforderlich angesehen, jedoch ist klar ersichtlich, daß, wenn der Stromkreis derart ist, daß die Induktanzen Ll und L2 nicht gekoppelt sind, die Verdoppelung des zusätzlichen Kondensators

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und der zugeordneten Komponenten sowohl bei den Schaltungen gemäß Fig. 6 und 7 als auch bei den Schaltungen gemäß Fig. 1 und 2 vorgesehen werden kann. Weiterhin ist die abgeänderte Spannungswellenform^ die in Fig. j5 bei VA¹ dargestellt ist, der Verwendung des synchronen Umformers gemäß Fig. 6 zugeordnet im Unterschied zu der Anordnung gemäß Fig. 7·

Die Erfindung ist vorstehend in bezug auf eine besondere Ausführungsform eines Kommutationsstromkreises in einer Zerhackertechnik beschrieben, und zwar in Anwendung bei einer besonderen Ausführungsform eines Wechselrichters der Brückenart, jedoch ist die Erfindung auf eine solche Ausführungsform nicht beschränkt. Beispielsweise kann die Erfindung auch bei einer bekannten Ausführungsform eines Parallelwechselrichters angewendet werden, wie-dies in Fig. dargestellt ist. Dieser Parallelwechselrichter gemäß Fig. 3 speist eine Last j5 aus einer an die Anschlüsse 1 und 2 angeschalteten Gleichstromquelle durch abwechselndes Schalten von steuerbaren Halbleitergleichriehtern TrIl und TrI2 in den leitenden Zustand, um Strom in entgegengesetzter Richtung dem mit einer Mittelanzapfung versehenen Ausgangstransformator TJ zuzuführen. Die;Kommutation wird in diesem Fäll mit dem Kondensator Cl durch die Wirkung erzielt, daß der eine Gleichrichter leitend gemacht wird, urn den anderen nicht-leitend zu machen, und umgekehrt. Der Stromkreis umfaßt wiederum eine Strombegrenzungsinduktanz Ll, welche den Zufuhrkondensator C4 mit dem Grundwechselrichter verbindet.,

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und entsprechende Komponenten, die aus einer Diode MR5, einem zusätzlichen Kondensator C2, einem steuerbaren'Gleichrichter TrIO und einer zugeordneten Diode MRlO bestehen, sind in ihrer Beziehung zu der Induktanz Ll dargestellt und dienen dazu, bei der Kommutation eine Ableitung des Stromes von der induktanz Ll zu schaffen. Die dem Kondensator C2 zugeordneten Strömkreise arbeiten im wesentlichen in der Weise, die oben mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben wurde. Weiterhin ist der Wechselrichter mit den Rückkopplungsdioden MR3 und MR4 versehen, welche Blindstrom in dem Ausgangskreis zu der Zufuhrseite des Wechselrichters rückkoppeln.

Bei einem Stromkreis gemäß der Erfindung, bei dem eine Technik verwendet wird, wie sie in Fig. 7 durch die in gestrichelter Linie angedeutete Verbindung dargestellt ist oder wie sie bei dem Stromkreis gemäß Fig. 8 verwendet wird, bei welchem der induktive Rückkopplungsstrom von der Last zu dem Kondensator C2 und nicht direkt zu dem Speicherkondensator C4 geführt wird, kann sich ein gewisser Nachteil einstellen. Der Stromkreis kann gegebenenfalls nicht unter allen .Betriebsbedingungen zufriedenstellend arbeiten, da, falls der Fluß des induktiven Rüekkopplungsstromes kontinuierlich ist, der steuerbare'Halbleitergleichrichter TrIO, wenn er einmal leitend gemacht ist, permanent leitend bleibt und einen Zirkulationsstrompfad um die Kommutierungsdrossel Ll herum vervollständigt. Dies ist insbesondeK bei einem Strom-

' 'It) 9 8 2 4/0220

kreis gemäß der Erfindung wahrscheinlich, der bei einem Drelphasenwechseirlöh.%er angewendet wird, line Abwandlung der Schaltung, durch welehe der induktive Bückkopplungs- ' strom zu dem Kondensator Ö2 zurückgeführt wird, um diese Wirkung zu überwinden, ist in dem Teil des Stromkreises veranschaulicht, der in den Figuren 9 und 10 wiedergegeben Ist. Der einzige Unterschied zwischen den Ausführungen gemäß Fig. 9 und 10 besteht in der Art des Anschlusses des Kondensators G4. Abgesehen von diesem Unterschied ist zu bemerken, daß die Kommutierungsdrossel Ll jetzt nahe ihrem vorderen Ende angezapft 1st, um einen Teil jenseits des Punktes zu schaffen, an Welchem die Diode MRlO an die Drossel angeschlossen ist, so daß in dem Fall, daß der steuerbare Halbleitergleichrichter TrIO noch leitend ist, wenn eine Kommutatlon erforderlich ist, der Gleichrichter TrIO einen Ümkehrlmpuls empfängt> wenn der steuerbare Halbleitergleichrichter Tr5 leitend gemacht wird, wodurch der Gleichrichter TrIO gelöscht und für den nächsten Arbeitskreislauf bereit gemacht wird.

Aus Fig. 11 ist bequem die Art und Weise zu erkennen, auf welche die Ausführung gemäß Fig* 9 oder gemäß Fig. 10 bei dem ParallelweGhselrichterstromkreis gemäß Fig. 8 angewendet werden kann. Es kann wieder erwartet werden, daß der Stromkreis gemäß Fig* 8 in, einem Einphasehwechselrichter zufriedenstellend arbeitet, bei welchem es unwahrscheinlich 1st, daß der reaktive RÜckkopplungsstrom kontinuierlich 1st,

ORtOlNAL

,Jedoch isir es wahrscheinlich» daß der oben genannte auftritt,; wenn der Wechselrichter als 'itehrphäsenwe.ehsel*· richter ausgeführt wird.

Eine Ausführungsform eines Dreiphasenwechselriehters gemäß der Erfindung ist in Fig. 12 dargestellt, aus der wiederum ersichtlich ist, daß die Induktanzen Ll und L2 zum Anschluß an die Dioden 3VIRlOa bzw. MRlOb angezapft sind, um den oben genannten wahrscheinlichen Nachteil zu ) . überwinden. Ein.weiteres Merkmal des Stromkreises gemäß Fig. besteht darin, daß der Diode· MR5 gemäß Fig. 9cder Fig. entsprechende Dioden jetzt durch steuerbare Halbleitergleichrichter TrIJa bzw. Trl3b ersetzt sind, die den Kommütierungsihduktanzen Ll bzw. L2 zugeordnet sind. Der Zweck der Verwendung der steuerbaren Häibleitergleichrichter anstelle der Dioden besteht darin, zu ermöglichen, daß das ■ Potential an dem Kommutierungskondensator Cl ohne Begrenzung steigt, wenn dies erforderlich ist. Dies Erfordernis kann

^ ■■.... sich ergeben, "wenn für den Kommutierungskondensator kein

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Hilfsladeströmkreis Vorhanden ist, und es ist daher, notwendig, eine verhältnismäßig höhere Spannung an dem Koramutierungsköndensator mit niedrigerer Eingangsspannung an dem /"Wechselrichter'■ aufzubauen. Die 1!hyristoren TrI^a und Trl3b können daher in blockierendem Zustand verbleiben, bis die gewünschte Spannung an dem Kommutierungskohdensator Cl erreicht ist, und dann werden diese Gleichrichter TrIJa und TrIJb an geeigneten Zeitpunkten leitend gemacht, um die

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Kommutlerungsladung an dem Kondensator Cl auf einen gewünschten Wert zu begrenzen. Dies kann wieder mittels irgendeines geeigneten bekannten Stromkreises erzielt

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werden, der auf die Spannung an dem Kondensator Cl anspricht, was nicht weiter beschrieben zu werden braucht.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Ij Stromkreis mit steuerbaren Gleichrichtern, der im Betrieb einer Belastung Strom aus einer Stromquelle über eine steuerbare Gleichrichtervorrichtung und eine Strombegrenzungsinduktanz zuführt, gekennzeichnet durch einen Kommutierungskondensator, der so anschaltbar ist, daß er den Stromfluß von der steuerbaren Gleichrichtervorrichtung ableitet, um sie nichtleitend zu machen und dadurch ihre Abschaltung zu bewirken, und einen weiteren Kondensator, in den nach der Abschaltung der Glelchrichtervorriehtung der in der Induktanz fließende induktive Strom wenigstens teilweise abgeleitet wird.

   2. Stromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kondensator in einen die Induktanz überbrückenden Strompfad in,Reihe mit einer in einer Richtung leitenden Vorrichtung geschaltet ist, die so gepolt ist, daß sie nur dann leiten kann, wenn der FotentiäTühterschied an der Induktanz sich zu erhöhen sucht, um eine'äpännung, die größer als die Spannung der Stromquelle ist, an die steuerbare Gleiehrientervorrichtung anzulegen.

   3. Stromkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Richtung leitende Vorrichtung eine steuerbare Vorrichtung ist.

   4. Stromkreis nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß, zwischen der Belastung und dem weiteren Konden-

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   sat or -ein in einer Sichtung leitender Pfad- für den Fluß von Induktivem Belastungsslbrom nach der ■ Abschaltung- der steuerbaren Gleichriehtervorriehtung vorgesehen ist.

   5. Stromkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in einer Richtung leitende Pfad einen steuerbaren Gleichrichter enthält,. .

   6. Stromkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in einer Richtung leitende Pfad einen Gleichrichter in Reihe mit einer vorgespannten sättigbaren Drossel enthält. . ■ ■

   7. Stromkreis nach einem der Ansprüche 1 bis β, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktanz ein steuerbarer, in einer Richtung leitender Pfad parallelgeschaltet ist, der im Betrieb an einem gewünschten Zeitpunkt leitend gemacht werden kann, bevor weiterer Strom über die Induktanz der Last zugeführt wird, wodurch ein zirkulierender Strom in der Induktanz aufrechterhalten wird.

   8. Stromkreis nach einem der Ansprüche 1 bis J, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Rückführen der von dem weiteren Kondensator aufgenommenen Ladung /zum Eingang des Stromkreises.

   9. Stromkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung einen synchronen Umformer aufweist.

   IQ. Stromkreisnach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der synchrone Umformer steuerbare Gleichrichter und Mittel

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   enthält; welche diese Gleichrichter abwechselnd leltencä machen, um den weiteren Kondensator mit den Enden einer mit Mittel- ' anzapfung versehenen Wicklung eines Transformators zu., verbinden, von dem· eine weitere Wicklung-mit dem Eingang, des Stromkreises gekoppelt ist.

   11. Stromkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, <äß die die steuerbaren Gleichrichter des Umformers abwechselnd leitend machenden Mittel auf eine Einrichtung zum Abfühlen

   w . der Spannung an dem weiteren Kondensator ansprechen, um eine yorbestimmte Spannung an dem weiteren Kondensator aufrechtzuerhalten. .. -.

   12. Stromkreis nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr zu dem Stromkreis von einer Wechselstromquelle abgeleitet wird und daß eine die Aufladung einleitende Einrichtung vorgesehen ist, die beim Anschalten der Wechselstromquelle den Aufbau'einer Ladung an dem weiteren Kondensator einleitet.

   13. Stromkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ladung einleitende Einrichtung Gleichrichter aufweist, die den Transformator mit dem weiteren Kondensator verbinden. "~

   . 14. Stromkreis ,nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß de Einrichtung zum Büekfuhren der Ladung an dem weiteren Kondensator zum Eingang des Stromkreises eine steuerbare Schaltvorrichtung aufweist, durch welche der

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   ν Serweitere Kondensator über einen in einer Richtung leitenden Pfad 2Twisctten der Strönfquelie und der Induktanz schaltbar ist"," so dafr, wenn die 'steuerbare Schaltvorrichtung leitend gemacht wird, der genannte Pfad- blockiert und der weitere Kondensator in Reihe mit der Zufuhr und der Induktanz geschaltet wird. ■ ' ^:

   15. Stromkreis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktanz Jenseits des Punktes, an" welchem der genannte Pfad mitjhr verbunden ist, einen Teil aufweist, mit dem die steuerbare Schaltvorrichtung verbunden ist."

   16. Stromkreis nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, <ä.ß die steuerbare Schal tvorrichtung aus einem steuerbaren Halbleitergleichrichter besteht.

   17. Stromkreis nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch einen Eingangsballastkondensator, der an eine Stelle zwischen der steuerbaren Schaltvorrichtung und dem genannten Pfad angeschlossen ist.

   18. Stromkreis nach Anspruch I7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Stelle das Eingangsende der Induktanz

   19. Stromkreis nach Anspruch I7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Stelle die Verbindung der steuerbaren Schaltvorrichtung mit dem Teil ,jenseits des Endes der

   • Induktanz -ist. ,·■""■'■ * '

   20. Stromkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 19'bei einer Wechselrichterschaltung mit einer Brücke aus·Steuer-

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   baren Gleichrichtern, dadurch gekennzeichnet, daß .dfer. zuerst ' genannte Kondensator über die Gleichstromeingangsanschlüsse der Brücke schaltbar ist.

   21. Stromkreis nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktanz eine von zwei solchen Induktanzen ist, die in betreffende Gleichstromzufuhrleiter zu der Wechselrichterbrücke geschaltet sind.

   22. Stromkreis.nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, _k daß die beiden Induktanzen wechselseitig so gekoppelt sind,

   daß der weitere Kondensator eine Ableitung von induktivem Strom in die eine oder die andere der beiden Induktanzen bewirkt.

   2J. Stromkreis nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß für Jede der beiden Induktanzen ein weiterer Kondensator vorgesehen ist. -_■■ -

   24. Stromkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 2J5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abfühlen des Spannungs-Zeit-Integrals an der Induktanz bzw. den Induktanzen

   w und eine Einrichtung zum Betätigen von Schaltvorrichtungen in dem Stromkreis.

   25. Stromkreis nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühleinrichtung eine vorgespannte sättigbare Drossel aufweist, die in Reihe mit einem Widerstand über die Induktanz geschaltet ist, um ein Stufenspannungssignal an dem Widerstand an einem gewünschten Zeitpunkt in dem Arbeitskrelslauf des Stromkreises zu erzeugen, an welchem

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   die sättigbare Drossel eine Rückstellung in einen gesättigten Zustand erfährt.

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