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Die
Erfindung betrifft eine Leiterplattenstruktur und, genauer, eine
Leiterplattenstruktur zur Verwendung in einem Wechselrichter zum
Antrieb eines Elektromotors.
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Eine
Wechselrichtereinrichtung ist weit verbreitet zum Antrieb eines
Induktionsmotors, da sie Mehrzweckinduktionsmotoren effizient antreibt
bei verschiedenen Geschwindigkeiten. Wechselrichtereinrichtungen
besitzen unterschiedliche Anforderungen an die Verbindung mit externen
Kabeln, an Nennspannungen und an die zulässigen Eingangsspannungen bei
verschiedenen Verwendungen und es ist das übliche Vorgehen die gesamte
Anordnung oder Teile des Wechselrichters zu ändern, um einem besonderen
Einsatz zu genügen.
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Man
benutzt beispielsweise mehrere parallelgeschaltete Kondensatoren
für eine
Niederspannungsstromquelle und eine Kombination von Reihen- und
Parallelschaltung von Kondensatoren für eine Hochspannungsstromquelle
in Abhängigkeit
der zulässigen
Eingangsspannung der Kondensatoren.
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12 zeigt
eine herkömmliche
Leiterplatine für
eine Niederspannungsstromquelle. In 12 umfasst
ein auf einer Platine 11A ausgebildetes Leiterbild 12A vier
gegenüberstehende
Elektrodenpaare, die parallelgeschaltete Kondensatoren A, B, C und
D bilden in den durch Kreise gekennzeichneten Bereichen 20. 13 zeigt
ein Ersatzschaltbild der Kondensatorschaltung, die auf dieser Leiterplatte
gebildet ist.
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14 zeigt
eine herkömmliche
Leiterplatine für
eine Hochspannungsstromquelle. In 14 umfasst
ein auf einer Platine 11B ausgebildetes Leiterbild 12B zwei
Leiterbahnen, die mit den Außenanschlüssen verbunden
sind, und unabhängige
Leiterbahnen zwischen den beiden Leiterbahnen. Mit diesen Leiterbahnen
sind zwischen den Ausgangsklemmen ausgebildet in Reihe geschaltete
Kondensatoren A und B und in Reihe geschaltete Kondensatoren C und
D und die Kondensatoren sind parallel geschaltet. 15 zeigt
ein Ersatzschaltbild der Kondensatorschaltung, die auf dieser Leiterplatte
gebildet ist.
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Nach
einem Vorschlag, der z.B. in der JP 06-303779A, Paragrafen [0006]–[0009],
gezeigt wird, stellt man verschiedene Leiterplatten bereit, die Schaltelemente
von verschiedenen Nennspannungen auf einem Leiterbild besitzen,
und wählt
eine der Leiterplatten zum Aufstecken, so dass nur die Netzteilkarte
auswechselbar ist bei Gebrauch der gleichen Steuerkreiskarte. So
verhindert man ein Ansteigen der Kosten bei einer Änderung
der gesamten Anordnung oder von Teilen der Wechselrichtereinrichtung, um
den verschiedenen Anforderungen der Verbindung mit externen Kabeln,
der Nennspannungen und der zulässigen
Eingangsspannungen zu genügen.
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In
dieser herkömmlichen
Anordnung kann die Leiterplatte verschiedenen Spannungsanforderungen
genügen
durch das Bereitstellen der verschiedenen Leiterplatten, die verschiedene
Schaltelemente besitzen mit dem selben Leiterbild. Aber diese Anordnung
ist begrenzt in der Anwendung auf die verschiedenen Anforderungen,
da die Bestandteile der Schaltung begrenzte zulässige Eingangsspannungen besitzen.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung kann verschiedene Eingangsspannungspegel bewältigen durch
eine Änderung
der Verbindung der Bestandteile der Schaltung von einer Parallelschaltung
zu einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltungen, sogar
wenn die Eingangsspannung die zulässige Spannung der Bestandteile
der Schaltung übersteigt. Weiterhin
wird die Zahl der Leiterplatten zur Bildung einer Wechselrichtereinrichtung
reduziert durch den Einsatz des selben Leiterbilds als gemeinsames
Element zur Bildung einer Kondensatorschaltung.
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Eine
Leiterplattenstruktur der Erfindung umfasst: mehrere Leiterbilder,
die jeweils mindestens ein zu einem Kondensator gegenüber angeordnetes Elektrodenpaar
enthalten, und mit den Kondensatorelektroden leitend verbundene
Anschlüsse;
und eine selektive Verbindungseinrichtung, um die Anschlüsse der
Leiterbilder selektiv so zu verbinden, dass eine Kondensatorschaltung
mit vorgegebener Kapazität gebildet
wird.
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Die
selektive Verbindungseinrichtung kann einen oder mehrere kurze Stäbe umfassen,
die auf der Platine ausgebildet sind, auf der die Leiterbilder ausgebildet
ist. Alternativ können
die Leiterbilder auf einzelnen Platinen ausgebildet sein und die
selektive Verbindungseinrichtung kann ein Leiterbild umfassen, welches
auf einer Platine ausgebildet ist, die von den einzelnen Platinen
der Leiterbilder getrennt ist.
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Die
Leiterbilder können
bestehen aus einer Kombination von denselben und/oder verschiedenen Elektrodenanordnungen.
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Die
Elektroden, die kurzen Stäbe
und die Leiterblider können
aus einer Vorlage gebildet sein.
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Die
Kondensatorschaltung wird eingesetzt zum Glätten der Eingangsspannung eines
Wechselrichters zum Antrieb eines Elektromotors. In diesem Fall
sind die Anschlüsse
der Leiterbilder durch die selektive Verbindungseinrichtung selektiv
so verbunden, dass die Wechselrichtereinrichtung eine zulässige Eingangsspannung
besitzt, die angemessen ist für
die Eingangsspannung.
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Gemäß der beschriebenen
Gestaltung der Erfindung werden dieselben Leiterbilder verwendet als
gemeinsame Elemente zur Bildung von Kondensatorschaltungen mit verschiedenen
zulässigen
Eingansspannungen und so die Zahl der Leiterplatten zur Ausbildung
einer Wechselrichtereinrichtung gesenkt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHUNGNEN
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1 zeigt
ein Schaltbild einer Leiterplatte gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
eine Darstellung eines Ersatzschaltbildes einer Kondensatorschaltung,
die auf der Leiterplatte von 1 ausgebildet
ist;
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3 zeigt
ein Schaltbild einer Leiterplatte, die durch Veränderungen an der Leiterplatte
von 1 erhalten wird;
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4 zeigt
eine Darstellung eines Ersatzschaltbildes einer Kondensatorschaltung,
die auf der Leiterplatte von 3 ausgebildet
ist;
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5 zeigt
ein Schaltbild einer Leiterplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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6 zeigt
eine Darstellung eines Ersatzschaltbildes einer Kondensatorschaltung,
die auf der Leiterplatte von 5 ausgebildet
ist;
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7 zeigt
ein Schaltbild einer Leiterplatte, die durch Veränderungen an der Leiterplatte
von 5 erhalten wird;
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8 zeigt
eine Darstellung eines Ersatzschaltbildes einer Kondensatorschaltung,
die auf der Leiterplatte von 7 ausgebildet
ist;
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9 zeigt
ein Schaltbild einer Leiterplattenstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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10 zeigt
ein Schaltbild einer Leiterplattenstruktur, die durch Veränderungen
an der Leiterplattenstruktur von 9 erhalten
wird;
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11 zeigt
ein Schaltbild, das die Verbindung zwischen Leiterplatten durch
eine Anschlussplatine darstellt;
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12 zeigt
ein Schaltbild einer herkömmlichen
Leiterplatte für
eine Niederspannungsstromquelle;
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13 zeigt
eine Darstellung eines Ersatzschaltbildes einer Kondensatorschaltung,
die auf der Leiterplatte von 12 ausgebildet
ist;
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14 zeigt
ein Schaltbild einer herkömmlichen
Leiterplatte für
eine Hochspannungsstromquelle;
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15 zeigt
eine Darstellung eines Ersatzschaltbildes einer Kondensatorschaltung,
die auf der Leiterplatte von 14 ausgebildet
ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Eine
erste Ausführungsform
der Erfindung wird mit Bezug auf 1 bis 4 beschrieben.
Siehe 1. Eine Leiterplatte 2 der ersten Ausführungsform
umfasst zwei auf einer Platine 1 ausgebildete Leiterbilder 2A, 2B und
einen selektiven Anschluss 5, um die Leiterbilder 2A und 2B elektrisch
leitend zu verbinden. In dieser Ausführungsform umfasst der selektive
Anschluss 5 kurze Stäbe 6.
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Die
beiden auf der Platine 1 ausgebildeten Leiterbilder 2A und 2B besitzen
im Wesentlichen dieselbe Struktur und jedes der Leiterbilder 2A und 2B besitzt
zwei gegenüber
angeordnete Elektrodenpaare 3. Eine in 3 gezeigte
Leiterplatte 2' besitzt
dieselben Leiterbilder 2A und 2B wie die Leiterplatte 2 von 1,
wobei die Leiterbilder durch die kurzen Stäbe anders verbunden sind, um
so eine andere Kapazität
als bei der Leiterplatte 2 zu erreichen.
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Die
beiden im Leiterbild 2A bereitgestellten Elektrodenpaare 3 bilden
parallelgeschaltete Kondensatoren A und B in Bereichen 10,
die in 1 und in 3 durch
Kreise gekennzeichnet sind. Ebenso bilden die beiden im Leiterbild 2B bereitgestellten Elektrodenpaare 3 parallelgeschaltete
Kondensatoren C und D in Bereichen 10, die in 1 und
in 3 durch Kreise gekennzeichnet sind.
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Das
Leiterbild 2A besitzt Anschlüsse 41a und 41b,
die leitend verbunden sind mit den entsprechenden gegenüberliegenden
Elektroden 3, das Leiterbild 2B besitzt Anschlüsse 42a und 42b,
die leitend verbunden sind mit den entsprechenden gegenüberliegenden
Elektroden 3. Diese Anschlüsse 41a, 41b, 42a und 42b sind
selektiv verbunden über
die kurzen Stäbe,
um eine vorgegebene Kapazität
der auf der Platine 1 ausgebildeten Kondensatorschaltung
zu erreichen.
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Die
in 1 dargestellte Leiterplatte 2 verfügt über zwei
kurze Stäbe 61 und 62.
Der kurze Stab 61 verbindet einen Anschluss 41a des
Leiterbilds 2A und einen Anschluss 42a des Leiterbilds 2B und
der kurze Stab 62 verbindet den anderen Anschluss 41b des
Leiterbilds 2A und den anderen Anschluss 42b des
Leiterbilds 2B.
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So
sind über
die kurzen Stäbe 61 und 62 parallel
geschaltet eine Parallelschaltung der Kondensatoren A und B und
eine Parallelschaltung der Kondensatoren C und D, so dass auf der
Platine 1 ausgebildet ist eine Kondensatorschaltung, welche
die Konden satoren A, B, C und D umfasst, die als Ganzes parallel
geschaltet sind. Ein Ersatzschaltbild hiervon zeigt 2.
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Die
in 3 dargestellte Leiterplatte 2' verfügt über einen
einzigen kurzen Stab 60, der den einen Anschluss 41a des
Leiterbilds 2A und den anderen Anschluss 41b des
Leiterbilds 2B verbindet. Über den kurzen Stab 60 sind
in Reihe geschaltet eine Parallelschaltung der Kondensatoren A und
B und eine Parallelschaltung der Kondensatoren C und D, um eine
Kondensatorschaltung auf der Platine 1 auszubilden. Ein
Ersatzschaltbild hiervon zeigt 4.
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Es
ist bemerkenswert, dass eine beliebige Anzahl von Leiterbildern
auf der Platine 1 bereitgestellt werden können, obwohl
die Platine 1 dieser Ausführungsform zwei Leiterbilder 2A und 2B bereitstellt.
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Eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung zeigen 5 bis 8.
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Siehe 5.
Eine Leiterplatte der zweiten Ausführungsform umfasst zwei auf
einer Platine 1 ausgebildete Leiterbilder 2C, 2D und
einen selektiven Anschluss 5, um die Leiterbilder 2C und 2D elektrisch
leitend zu verbinden. Ein einziger Kondensator bildet ein wesentliches
Bauteil einer Kondensatorschaltung und mehrere der wesentlichen
Bauteile sind in Reihe oder parallel verbunden, um eine Kondensatorschaltung
mit vorgegebener Kapazität
zu bilden. In dieser Ausführungsform
umfasst der selektive Anschluss 5 kurze Stäbe.
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Die
beiden auf der Platine 1 ausgebildeten Leiterbilder 2C und 2D besitzen
dieselbe Struktur und jedes der Leiterbilder 2C und 2D besitzt
ein gegenüber
angeordnetes Elektrodenpaar 3. Eine in 7 gezeigte
Leiterplatte besitzt dieselben Leiterbilder 2C und 2D wie
die Leiterplatte von 5, wobei die Leiterbilder durch
die kurzen Stäbe
anders verbunden sind, um so eine andere Kapazität als die Leiterplatte von 5 zu
erreichen.
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Das
im Leiterbild 2C bereitgestellte Elektrodenpaar 3 bildet
einen Kondensator A im Bereich 10, der in 5 und
in 7 durch einen Kreis gekennzeichnet ist. Ebenso
bildet das im Leiterbild 2D bereitgestellte Elektrodepaar 3 einen
Kondensator B im Bereich 10, der in 5 und in 7 durch
einen Kreis gekennzeichnet ist. Somit bildet jedes der Leiterbilder 2C und 2D ein
wesentliches Bauteil, das einen Kondensator enthält.
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Das
Leiterbild 2C besitzt Anschlüsse 41a und 41b,
die leitend verbunden sind mit den entsprechenden gegenüberliegenden
Elektroden 3, das Leiterbild 2D besitzt Anschlüsse 42a und 42b,
die leitend verbunden sind mit den entsprechenden gegenüberliegenden
Elektroden 3. Diese Anschlüsse 41a, 41b, 42a und 42b sind
selektiv verbunden über
die kurzen Stäbe,
um eine vorgegebene Kapazität
der auf der Platine 1 ausgebildeten Kondensatorschaltung
zu erreichen.
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Die
in 5 dargestellte Leiterplatte verfügt über zwei
kurze Stäbe 61 und 62.
Der kurze Stab 61 verbindet den Anschluss 41a des
Leiterbilds 2C und den Anschluss 42a des Leiterbilds 2D und
der kurze Stab 62 verbindet den Anschluss 41b des
Leiterbilds 2C und den Anschluss 42b des Leiterbilds 2D.
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Somit
ist auf der Platine 1 eine Kondensatorschaltung ausgebildet,
welche die parallel geschalteten Kondensatoren A und B umfasst. 6 zeigt
ein Ersatzschaltbild der Kondensatorschaltung von 5.
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Die
in 7 dargestellte Leiterplatte verfügt über einen
einzigen kurzen Stab 60, der den Anschluss 41a des
Leiterbilds 2A und den Anschluss 41b des Leiterbilds 2B verbindet.
Auf der Platine ist somit eine Kondensatorschaltung ausgebildet,
die eine Reihenschaltung der Kondensatoren A und B umfasst. 8 zeigt
ein Ersatzschaltbild der Kondensatorschaltung von 7.
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Eine
dritte Ausführungsform
der Erfindung zeigen 9 bis 11.
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In
der dritten Ausführungsform
ist auf jeder der Platinen 1a, 1b mindestens ein
Leiterbild ausgebildet und ein Leiterbild ist als selektiver Anschluss auf
einer Platine 1c ausgebildet. Die Leiterbilder der Platinen 1a und 1b sind
selektiv verbunden durch das Leiterbild der Platine 1c,
um eine Verbindung der in den Leiterbildern ausgebildeten Kondensatoren
herzustellen.
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Ein
kurzer Stab oder mehrere kurze Stäbe werden als selektiver Anschluss
verwendet, um die Leiterbilder der ersten und der zweiten Ausführungsform
selektiv zu verbinden. In dieser dritten Ausführungsform wird ein Leiterbild
auf einer Platine 1c als selektiver Anschluss verwendet.
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Bei
einer Leiterplattenstruktur gemäß 9 sind
ein Leiterbild 2C auf einer Platine 1a, ein Leiterbild 2D auf
einer Platine 1b und ein Leiterbild 7A auf einer
Platine 1c ausgebildet. Eine Leiterplattenstruktur gemäß 10 unterscheidet
sich von einer Leiterplattenstruktur gemäß 9 durch
ein verschiedenes Leiterbild 7B auf der Platine 1c.
In dieser Ausführungsform
besitzen das Leiterbild 2C auf der Platine 1a und
das Leiterbild 2D auf der Platine 1b dieselbe
Struktur, nämlich
ein gegenüber
angeordnetes Elektrodenpaar 3. Diese Leiterbilder 2C und 2D veranschaulichen
nur Beispiele und die Leiterbilder müssen nicht auf diese beschränkt sein.
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Das
im Leiterbild 2C bereitgestellte Elektrodenpaar 3 bildet
einen Kondensator A in einem Bereich 10, der durch einen
Kreis gekennzeichnet ist und das im Leiterbild 2D bereitgestellte
Elektrodepaar 3 bildet einen Kondensator B in einem Bereich 10,
der durch einen Kreis gekennzeichnet ist. Somit bildet jedes der
Leiterbilder 2C und 2D ein wesentliches Bauteil,
das einen Kondensator enthält.
Das Leiterbild 2C besitzt Anschlüsse A1 und A2 und das Leiterbild 2D besitzt
Anschlüsse
B1 und B2.
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Anschlüsse A1', A2' und B1', B2' sind auf der Platine 1c bereitgestellt
entsprechend den Anschlüssen
A1, A2 und B1, B2 auf den Platinen 1a und 1b und
das Leiterbild 7A ist ausgebildet zur Verbindung dieser
Anschlüsse.
Das Leiterbild 7A verbindet die Leiterbilder 2C auf
der Platine 1a und das Leiterbild 2D auf der Platine 1b.
Die Verbindung der Leiterbilder 2C und des Leiterbilds 2D wird
geändert
durch den Einsatz verschiedener Leiterbilder auf der Platine 1c. Die
auf den Platinen 1a und 1b ausgebildeten Kondensatoren
sind in Reihe oder parallel geschaltet, um eine vorgegebene Kapazität der gesamten
Kondensatorschaltung auf der Leiterplattenstruktur zu erreichen.
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In
der Anordnung von 9 verbindet das Leiterbild 7A,
das auf der Platine 1c ausgebildet ist, den Anschluss A2
mit dem Anschluss B1 durch einen kurzen Stab und macht den Anschluss
A1 und den Anschluss B2 zu Außenanschlüssen der
Kondensatorschaltung. Das Leiterbild 2C und das Leiterbild 2D sind
durch das Leiterbild 7A als selektiven Anschluss verbunden,
um eine Kondensatorschaltung zu bilden, die den Kondensator A auf
der Platine 1a und den Kondensator B auf der Platine 1b in
Reihe geschaltet umfasst. Ein Ersatzschaltbild hiervon zeigt 8.
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In
der Anordnung von 10 verbindet das Leiterbild 7B,
das auf der Platine 1c ausgebildet ist, den Anschluss A1
mit dem Anschluss B1 und den Anschluss A2 mit dem Anschluss B2 durch
kurze Stäbe
und macht den Anschluss A1 und den Anschluss B2 zu Außenanschlüssen der
Kondensatorschaltung. Das Leiterbild 2C und das Leiterbild 2D sind
durch das Leiterbild 7B als selektiven Anschluss verbunden,
um eine Kondensatorschaltung zu bilden, die den Kondensator A und
den Kondensator B parallel geschaltet umfasst. Ein Ersatzschaltbild
hiervon zeigt 6.
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Die
Leiterplatten 1a, 1b und 1c können, wie in 11 gezeigt,
verbunden werden über
eine Anschlussplatine 8. Die Anschlussplatine 8 besitzt
eine Verbindungsverdrahtung 9, welche die Anschlüsse A1,
A2 der Leiterplatine 1a verbindet mit den Anschlüssen A1', A2' der Leiterplatine 1c und
welche die Anschlüsse
B1, B2 der Leiterplatine 1b verbindet mit den Anschlüssen B1', B2' der Leiterplatine 1c.
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Mit
der in 11 dargestellten Anordnung erhält man mit
den gleichen Platinen 1a, 1b verschiedene Kapazitäten der
Kondensatorschaltung, indem man die Platine 1c ersetzt
durch eine Platine mit einem anderen Leiterbild auf der Anschlussplatine 8.
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In
den in 9 und 10 dargestellten Beispielen
ist ein einziger Kondensator auf jeder der Platinen 1a, 1b ausgebildet.
Es können
mehrere Kondensatoren auf der Platine ausgebildet sein und die Kapazität jedes
Kondensators kann geändert werden
durch die Ausbildung einer anderen Elektrodenanordnung auf der Platine.
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Eine
Wechselrichtereinrichtung kann gebildet werden durch Verwendung
der Leiterplattenstruktur als Kondensator in einer bestehenden Schaltanordnung.
Werden eine Eingangsspannung der Wechselrichtereinrichtung oder
die Leistungsmerkmale der externen Schaltung geändert, erhält man eine geeignete Kapazität der Kondensatorschaltung
durch die Verwendung eines anderen selektiven Anschlusses. Da die
verschiedenen Kapazitäten
erreicht werden bei Verwendung derselben Leiterplatten durch Austauschen
der Leiterbilder oder der kurzen Stäbe, die als selektiver Anschluss
dienen, können
die Leiterplatten verwendet werden als gemeinsame Elemente der Kondensatorschaltung.
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Die
Ausführungsformen
sind ausgerichtet auf eine Änderung
der zulässigen
Eingangsspannung einer Kondensatorschaltung. Die Erfindung kann
angewendet werden auf Schaltungen, die andere Bauteile als Kondensatoren
auf der Leiterplatine besitzt, so dass eine gewünschte zulässige Eingangsspannung der
Schaltung erhalten wird durch eine Kombination von Parallel- und
Reihenschaltung der Bauteile.
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Die
Erfindung ist nicht begrenzt auf eine Anwendung in einer Wechselrichtereinrichtung,
sondern ist anwendbar auf Einrichtungen, die eine Änderung
in der zulässigen
Eingangsspannung erfordern und Leiterplatten als gemeinsame Bauteile
verwenden.