DE2644715A1

DE2644715A1 - Einrichtung zur befreiung elektrischer oder elektronischer einwegschalter von hoher verlustleistungsbeanspruchung waehrend des einschaltens und ueberhoehter sperrspannungsbeanspruchung beim ausschalten

Info

Publication number: DE2644715A1
Application number: DE19762644715
Authority: DE
Inventors: Andreas Prof Dr Ing Boehringer; Helmut Dipl Ing Knoell
Original assignee: Individual
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1976-10-04
Filing date: 1976-10-04
Publication date: 1978-04-06
Also published as: DE2644715C2

Description

Beschreibung und Patentansprüche
Einrichtung zur Befreiung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten Elektrische oder elektronische Einwegschalter werden auf sehr zahlreichen Gebieten der Elektrotechnik eingesetzt. Sie besitzen zwei Hauptstromanschlüsse und eine Vorrichtung, mit deren Hilfe sie vom leitenden in den sperrenden Zustand und zurück versetzt werden können. Ein Fluß des .Hauptstromes ist betriebsmäßig nur in einer Richtung, nämlich von der Hauptstromelektrode E (Eingang) zur Hauptstromelektrode A (Ausgang) vorgesehen. Aus dieser betriebsmäßigen Beschränkung auf eine Stromflußrichtung resultiert die Bezeichnung Einwegschalter. Im leitenden Zustand setzt der Einwegschalter einem von der Elektrode E zur Elektrode A fliessenden Strom I nahezu keinen Widerstand entgegen. In diesem leitenden Zustand a ist infolgedessen die am Einwegschalter liegende Spannung nahezu Null. Umgekehrt setzt der Einwegschalter einem von der Elektrode E zur Elektrode A fliessenden Strom im sperrenden Zustand einen sehr hohen Widerstand entgegen. In diesem sperrenden Zustand ß ist infolgedessen dieser Strom auch dann nahezu Null, wenn zwischen den Elektroden E und A eine erhebliche Spannung anliegt. Beispiele für derartige elektrische oder elektronische Einwegschalter sind abschaltbare Thyristoren (Gate-turn-off-Thyristoren), als Schalter betriebene bipolare Transistoren, als Schalter betriebene Unipolartransistoren (Feldeffekttransistoren) sowie im Einwegbetrieb eingesetzte Schalter mit mechanischer Kontaktgabe.
Aus wirtschaftlichen Gründen ist man bestrebt, die thermische Beanspruchung solcher Einwegschalter möglichst gering zu halten. Zum einen geschieht dies dadurch, daß man die Zustände a (Einwegschalter ist leitend) und ß (Einwegschalter ist gesperrt) möglichst ideal realisiert derart, daß im Zustand CL die Spannung am Schalter und im Zustand ß der Strom durch den Schalter jeweils ihre kleinstmöglichen Werte annehmen, um auf diese Weise zu erreichen, daß das Produkt U I, welches die im Schalter in Warme umgesetzte Verlustleistung repräsentiert, so gering wie.möglich wird. Beim Obergang vom Zustand CL in den Zustand ß und umgekehrt erfährt der Einwegschalter aber ohne zusätzliche Vorkehrungen gleichzeitig eine nennenswerte Strom- und Spannungsbelastung, was während dieses Obergangs erhebliche momentane Verlustleistungen zur Folge hat. Zum anderen ist man daher bestrebt, diese Obergänge vom Zustand a in den Zustand ß und umgekehrt außerordentlich rasch vorzunehmen, damit die Verlustenergie je Umschaitvorgang so gering wie möglich wird.
Aber auch bei hoher Umschaltgeschwindigkeit und damit kurzer Obergangszeit von einem in den anderen Schaltzustand ist die gleichzeitige Beanspruchung des Einwegschalters mit erheblichen Werten'von Strom und Spannung unerwünscht. Dies sowohl wegen der dabei verlorengehenden Nutzenergie als auch wegen der dabei auftretenden elektrischen Beanspruchung der Einwegschalter, welche häufig die entscheidende Grenze für deren Belastbarkeit darstellt. Es ist daher angezeigt, Einrichtungen zu schaffen, welche elektrische oder elektronische Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten und beim Einschalten zu entlasten vermögen.
Die erstgenannte Aufgabe, die Entlastung dieser Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten, kann durch die in den deutschen Patentanmeldungen P 26 39 -589.1 sowie P 26 41 183.6 beschriebenen Einrichtungen gelöst werden.
Die im folgenden vorgestellte Einrichtung gestattet die Beherrschung des zweitgenannten Problems, die Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von hoher Verlustleistungsbeanspruchung beim Einschalten,und sie stellt gleichzeitig sicher, daß beim Ausschalten des Einwegschalters an diesem keine überhöhte Sperrspannungsbeanspruchung auftritt.
Gegenstand der folgenden Oberlegungen ist also zunächst der Einschaltvorgang des Einwegschalters, d.h. der Obergang vom sperrenden Zustand ß in den leitenden Zustand a , welcher an einem Beispiel verdeutlicht werden soll.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei welcher ein gemischt ohmisch-induktiver Verbraucher (1) unter Zwischenschaltung eines elektronischen Einwegschalters (2) - welcher hier beispielhaft als npn-Transistor ausgeführt ist - aus einer Gleich--spannungsquelle (3) gespeist wird. Damit der Strom durch den Verbraucher auch dann weiterfliessen kann, wenn ihm der Weg durch den Einwegschalter versperrt ist, weil sich dieser im sperrenden Zustand ß befindet, ist dem Verbraucherzweipol eine Freilaufdiode (4) antiparallel geschaltet.
Für die folgende Betrachtung sei angenommen, daß der Einwegschalter (2) zunächst längere Zeit eingeschaltet war und sich erst seit kurzem im gesperrten Zustand ß befindet. Dann schliesst sich der Strom durch den gemischt ohmisch-induktiven Verbraucher (1) über die Freilaufdiode (4).
Wird nun der Einwegschalter (2) in Fig. 1 vom sperrenden Zustand ß in den leitenden Zustand CL versetzt (beim beispielhaft angenommenen Transistor dadurch, daß dessen Basisstrom erhöht wird),so sinkt der zwischen den beiden Hauptstromelektroden E und A wirksame Widerstand von einem zunächst sehr hohen auf einen sehr geringen Wert ab. Infolgedessen beginnt der Strom durch den Verbraucherzweipol (1) von der Freilaufdiode (4) auf den aus dem Einwegschalter (2) und der Gleichspannungsquelle (3) gebildeten Pfad überzuwechseln. Dabei wird der Strom durch die Freilaufdiode (4) gerade dann zu Null, wenn die Spannung U zwischen den Hauptstromelektroden E und A des Einwegschalters (2) kleiner zu werden beginnt als die Summe der Quellenspannung UO und der Schleusenspannung der Freilaufdiode (4). Zu diesem Zeitpunkt, zu welchem noch die volle Sperrspannung am Einwegschalter (2) liegt, hat dieser den Strom durch den Verbraucherzweipol (1) bereits zur Gänze übernommen; infolgedessen wird im Einwegschalter eine sehr hohe Verlustleistung in Wärme umgesetzt.
Im Anschluß daran bleibt der Strom durch den Einwegschalter (2) praktisch konstant und der zwischen seinen beiden Hauptstromelektroden E und A wirksame Widerstand nimmt weiter ab. Damit gehen auch die zwischen seinen Hauptstromelektroden liegende Spannung und die in ihm umgesetzte Verlustleistung zurück.
Die beschriebenen zeitlichen Verläufe des Stromes 1 durch den Einwegschalter und der Spannung U zwischen seinen beiden Hauptstromelektroden sind in Figur 2 dargestellt. Aus diesen zeitlichen Verläufen U(t) und I(t) bestimmt sich in einfacher Weise das Produkt U(t) 1(t) , welches in Fig. 2 ebenfalls dargestellt ist. Man erkennt deutlich die bereits beschriebene hohe Verlustleistungsspitze im Einwegschalter beim Einschalten desselben.
Um diese Verlustleistungsspitze zu verringern, ist es erforderlich, die Spannung zwischen den beiden Hauptstromelektroden des Einwegschalters bereits auf unschädliche Werte zurückzunehmen, b e v o r der Strom durch den Einwegschalter auf erhebliche Werte angestiegen ist.
Erfindungsgemäß wird dazu in jenen Pfad der Gesamtschaltung, in welchem sich der nach dem Einschalten des Einwegschalters über diesen und das speisende System fließende Strom schliesst, eine elektrische Drossel mit konstanter oder stromabhängiger Induktivität eingefügt, welche die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter während dessen Einschaltens begrenzt und dadurch sicherstellt, daß der Strom durch den Einwegschalter erst dann auf erhebliche Werte angestiegen ist, wenn der zwischen den Hauptstromelektroden des Einwegschalters wirksame Widerstand bereits sehr klein geworden ist.
Auf diese Weise wird erreicht, daß der Einwegschalter erst dann mit einem erheblichen Strom belastet wird, wenn er diesem keinen nennenswerten Widerstand mehr entgegensetzt und damit die gleichzeitige Belastung des Einwegschalters mit erheblichen Werten von Strom u n d Spannung vermieden wird.
Sofern in der ursprünglichen Gesamtschaltung, z.B.
infolge verhältnismässig langer Zuleitungskabel, sonstiger Verbindungsstrecken oder Bauelemente, in jenem Pfad, in welchem sich der nach dem Einschalten des Einwegschalters über diesen und das speisende System fliessende Strom schliesst, bereits eine Induktivität wirksam ist, welche die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter während dessen Einschaltens begrenzt, kann die Induktivität der zusätzlich einzufügenden Drossel entsprechend kleiner gehalten werden oder es kann letztere - bei ausreichender Größe der bereits wirksamen Induktivität - auch ganz entfallen.
Unabhängig davon, ob die die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter beim Einschalten desselben begrenzende Induktivität bereits in der ursprünglichen Gesamtschaltung enthalten war oder ob sie zusätzlich eingefügt wurde, muß zur Gewährleistung des Entlastungseffekts sichergestellt sein, daß dieser induktive Energiespeicher vor dem Einschalten des Einwegschalters keinen oder zumindest keinen erheblichen Strom führt.
Dazu wird erfindungsgemäß parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters ein Schaltungspfad geschaffen oder vervollständigt, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind, in welchem aber - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur noch Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung enthalten sein dürfen. Dabei müssen in diesem Schaltungspfad enthaltene Dioden einheitlich so angeschlossen sein, daß jede Diode für sich, auch bei einem Kurzschliessen von in Serie angeordneten Diodenstrecken, einen Stromfluß über den genannten Schaltungspfad von der Ausgangselektrode des Einwegschalters zu dessen Eingangselektrode unterbindet, also nur einen Stromfluß in umgekehrter Richtung zuläßt. Die Gesamtspannung der in diesem Schaltungspfad in Serie geschalteten Kondensatoren bzw. des dort zumindest enthaltenen einzelnen Kondensators wird über schaltungstechnische Maßnahmen, welche an späterer Stelle noch erörtert werden, derart eingestellt, daß beim Abschalten des Einwegschalters in jenem Zeitintervall, währenddessen ein Strom über den genannten Schaltungspfad fließt, die Eingangselektrode des Einwegschalters gegenüber dessen Ausgangselektrode eine höhere Spannung aufweist als dann, wenn der Strom durch jene Induktivität, welche die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter beim Einschalten desselben begrenzt, völlig abgeklungen ist.
In dieser geschilderten Ausführung stellt der parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters geschaffene oder vervollständigte Schaltungspfad sicher, daß zum einen jener induktive Energiespeicher, welcher die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter beim Einschalten desselben begrenzt, seine dabei aufgenommene elektrische Energie beim nächsten Abschalten des Einwegschalters an ihn, den genannten Schaltungspfad, abgibt und daß zum anderen der Einwegschalter bei seinem Ausschalten von zu hoher Sperrspannungsbeanspruchung verschont bleibt.
Damit erfüllt die beschriebene Einrichtung die erwünschte, im folgenden noch verdeutlichte Funktion der Befreiung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten.
Mit dem Beginn des Einschaltvorgangs des Einwegschalters geht der zwischen dessen Hauptstromelektroden wirksame Widerstand von sehr hohen auf sehr geringe Werte zurück. Infolgedessen beginnt über den Einwegschalter ein Strom zu fliessen, welcher über die Eingangselektrode des Einwegschalters in diesen eintritt und ihn über dessen Ausgangselektrode wieder verläßt. Aufgrund der linearen oder stromabhängigen Induktivität, welche in jenem Pfad der Gesamtschaltung wirksam ist, in welchem sich der nach dem Einschalten des Einwegschalters über diesen und das speisende System fliessende Strom schließt, und infolge des Umstandes, daß diese Induktivität zu Beginn des Einschaltvorgangs stromlos ist, wird die Anstiegs geschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter jedoch so begrenzt, daß dieser erst dann erhebliche Werte angenommen hat, wenn der zwischen den Hauptstromelektroden des Einwegschalters wirksame Widerstand bereits sehr gering geworden ist. Infolgedessen ist die Spannung zwischen den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bereits auf einen sehr kleinen Wert zurückgegangen, b e v o r der Strom durch den Einwegschalter eine erhebliche Größe angenommen hat. Damit bleibt das bereits erwähnte Produkt U I , welches die im Schalter in Wärme umgesetzte Verlustleistung repräsentiert; auch w ä h r e n d des Einschaltvorgangs sehr gering.
Wird der Einwegschalter später wieder ausgeschaltet, dann kann der Strom durch die die Anstiegsgeachwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter während dessen Einschaltens begrenzende Induktivität nicht schlagartig auf den Wert Null zurückgehen, da er die in dieser Induktivität gespeicherte Energie kennzeichnet und sich infolgedessen grundsätzlich nicht sprungartig ändern kann.
Bei der beschriebenen Einrichtung kann er jedoch außerordentlich rasch auf den parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters geschaffenen oder vervollständigten Schaltungspfad überwechseln.
Dieser besitzt in der beschriebenen Weise die Eigenschaft, daß er einem solchen schlagartigen Oberwechseln des zuvor über den Einwegschalter geflossenen Stromes keine stromanstiegsbegrenzenden lnduktivitäten entgegenstellt. Aufgrund des Umstandes, daß in jenem Zeitintervall, währenddessen ein Strom über den genannten Schaltungspfad fließt, die Eingangselektrode des Einwegschalters gegenüber dessen Ausgangselektrode eine höhere Spannung aufweist als dann, wenn durch jene Induktivität, welche die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter beim Einschalten desselben begrenzt, kein Strom mehr fließt, wird der Strom durch diese stromanstiegsbegrenzende Induktivität im Anschluß an das Abschalten des Einwegschalters wieder wunschgemäß auf den Wert Null abgebaut, ohne daß dabei zu hohe Sperrspannungsbeanspruchungen des Einwegschalters auftreten. Letzteres wird dadurch gewährleistet, daß der beschriebene, parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters geschaffene oder vervollständigte Schaltungspfad dann, wenn ein Strom über ihn fließt, eine Erhöhung der Spannung zwischen den Hauptstromelektroden des Einwegschalters nur in dem Maße zuläßt, wie die in diesem Schaltungspfad enthaltenen Kondensatoren bzw. der dort zumindest enthaltene einzelne Kondensator von dem über diesen Schaltungspfad fliessenden Strom auf geladen wird.
Damit ist erreicht, daß der Einwegschalter von hoher Verlustleis tungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten befreit wird.
Diese Ausführungen seien an einem Beispiel verdeutlicht.
Fig. 3 zeigt die Anordnung nach Fig. f nach Einfügung einer, die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter während dessen Einschaltens begrenzenden Drossel (5) sowie nach Schaffung des genannten, parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters liegenden Schaltungspfads, welcher hier aus der Gleichspannungsquelle (3), der Freilaufdiode (4) sowie dem zusätzlich eingefügten Kondensator (6) und der ebenfalls zusätzlich eingefügten Diode (7) besteht.
Mit diesen ergänzenden Bauelementen werden die gewünschten Effekte in der im folgenden beschriebenen Weise herbeigeführt.
Wird in der Gesamtanordnung nach Fig. 3 der Einwegschalter (2) nach längerer Einschaltdauer für einige Zeit abgeschaltet, so wird der Strom durch den gemischt ohmisch-induktiven Verbraucher (1) sich schliesslich allein über die Freilaufdiode (4) schliessen und der Strom durch die verhältnismässig kleine Drossel (5) wird auf den Wert Null abgeklungen sein. Wird der Einwegschalter (2) in Fig. 3 nun vom gesperrten in den leitenden Zustand versetzt, so geht mit dem Beginn dieses Einschaltvorgangs der zwischen den Hauptstromelektroden E und A wirksame Widerstand von sehr hohen auf sehr geringe Werte zurück. Infolgedessen beginnt der bisher über die Freilaufdiode (4) geflossene Verbraucherstrom wieder auf den aus der Drossel (5), dem Einwegschalter (2) und der Gleichspannungsquelle (3) gebildeten Strompfad überzuwechseln. Dies geschieht aber nicht schlagartig sondern aufgrund der Induktivität der in diesem neuen Pfad enthaltenen Drossel (5) mit definiert begrenzter Stromänderungsgeschwindigkeit. Bei ausreichend groß gewählter Induktivität der Drossel (5) wird so erreicht, daß der Strom 1 durch den Einwegschalter erst dann erhebliche Werte angenommen hat, wenn der zwischen den Hauptstromelektroden des Einwegschalters (2) wirksame Widerstand bereits so klein geworden ist, daß der Strom an ihm keine nennenswerte Spannung U mehr hervorruft. Damit bleibt das Produkt U. I auch während des Einschaltvorgangs des Einwegschalters (2) in gewünschter Weise gering.
Wird der Einwegschalter (2) später wieder ausgeschaltet, steigt die zwischen seinen Hauptstromelektroden liegende Spannung U an. Sobald sie dabei so groß geworden ist wie die Summe aus der Spannung UO der Gleichspannungsquelle (3), der Spannung UC am Kondensator (6) und den beiden Schleusenspannungen der zwei Dioden (4) und (7), wechselt zum einen der Strom durch den Verbraucher (1) wieder auf die Freilaufdiode (4) und zum anderen der Strom durch die Drossel (5) auf den aus der Diode (7) und den Kondensator (6) gebildeten Pfad über. Der Strom 1 durch den Einwegschalter (2) wird zu Null. Letzterer ist damit abgeschaltet. Im unmittelbar anschliessenden Zeitraum lädt der Strom durch die Drossel (5) den Kondensator (6), dessen Spannung uC positiv ist, auf und klingt dabei selbst wieder ab.
Die zeitlichen Verläufe des Stromes I durch den Einwegschalter (2) und der Spannung U zwischen seinen beiden Hauptstromelektroden sowie des Stromes 1L durch die Drossel (5) und der am Kondensator (6) liegenden Spannung uC sind in Figur 4 dargestellt.
Aus den zeitlichen Verläufen U(t) sowi.e I(t) bestimmt sich in einfacher Weise das Produkt U(t) I(t) , welches in Figur 4 ebenfalls aufgetragen ist. Man erkennt, daß die gewünschten Effekte erreicht sind. Die eingangs beschriebene, kritische Verlustleistungsspitze während des Einschaltens ist entfallen und der Einwegschalter wird beim Ausschalten nicht mit überhöhter Sperrspannung beansprucht.
Letzteres würde dann eintreten, wenn auf den Kondensator (6) und die Diode (7) verzichtet, d.h.
der parallel zu den Hauptstromelektroden liegende Schaltungspfad, welcher hier aus der Gleichspannungsquelle (3), der Freilaufdiode (4), dem Kondensator (6) und der Diode t7) besteht, nicht geschaffen würde.
Auf die in Fig. 4 noch festzustellende Verlustleistungsspitze beim Ausschalten des Einwegschalters (2) soll an späterer Stel-le noch eingegangen werden.
Zur Demonstration des breiten Anwendungsbereiches der Erfindung seien noch einige Ausführungsvarianten aufgeführt.
Fig. 5 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 nach Einfüh--rung zweier Drosseln (8 in jenen Pfad der Gesamtschaltung, in welchem sich der nach dem Einschalten des Einwegschalters (2) über diesen und die speisende Gleichspannungsquelle (3) fliessende Strom schliesst.
Als Induktivität, welche die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter während dessen Einschaltens begrenzt, ist hier also die Summe der Induktivitäten der beiden Drosseln (8) wirksam.
Des weiteren ist in Fig. 5 erfindungsgemäß der bereits mehrfach beschriebene, parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters liegende Schaltungspfad geschaffen, welcher hier lediglich aus einer zusätzlich eingefügten, direkt mit der Eingangselektrode des Einwegschalters (2) verbundenen Diode (9) und aus einem zusätzlich eingefügten, direkt mit der Ausgangselektrode des Einwegschalters verbundenen Kondensator (10) besteht. Diese Ausführung des erfindungsgemäßen, parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters liegenden Schaltungspfads empfiehlt sich insbesondere dann, wenn es sich bei den Drosseln (8)- nicht oder nicht nur um ergänzend eingeführte Bauelemente handelt, sondern um in gleicher Weise wirkende, längere Zuleitungen.
Fig. 6 entspricht weitgehend der Anordnung gemäß Fig. 5 mit Ausnahme der Umstände, daß zum einen im Hauptstromkreis die Reihenfolge von Einwegschalter (2) und Verbraucherzweipol (1) vertauscht ist und daß zum anderen im erfindungsgemäß parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters (2) geschaffenen Schaltungspfads die Reihenfolge von Diode und Kondensator vertauscht ist derart, daß die Diode (1f) jetzt direkt mit der Ausgangselektrode des Einwegschalters (2) verbunden ist und der Kondensator (12) direkt mit der Eingangselektrode des Einwegschalters.
Fig. 7 entspricht wiederum weitgehend der Anordnung gemäß Fig. 3 mit Ausnahme der Umstände, daß die Reihenfolge der stromanstiegsbegrenzenden Drossel (13) und des Einwegschalters (2) vertauscht ist und demzufolge auch der Kondensator (14) und die Diode (15), welche im erfindungsgemäß parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters geschaffenen Strompfad enthalten sind, anders angeordnet sind, und zwar derart, daß die Diode (15) direkt mit der Ausgangselektrode des Einwegschalters verbunden ist und eine Anschlußelektrode des Kondensators (14) an die untere Anschlußelektrode der Gleichspannungsquelle (3) angeschlossen ist. Gegenüber der Anordnung in Fig. 3 bringt dieser Umstand, daß eine Anschlußelektrode des genannten Kondensators an einen Punkt der Gesamtschaltung angeschlossen ist, der beim Abschalten des über den Einwegschalter fliessenden Stromes sein elektrisches Potential gegenüber dem zuvor speisenden elektrischen System nicht erheblich verändert, den Vorteil einer Verringerung von parasitären Kapazitäten, die ihre Ladung bei Schaltvorgängen des Einwegschalters verändern und dabei unerwünschte Begleiterscheinungen hervorrufen können.
Bei den bisher beschriebenen Anordnungen, insbesondere jenen, welche in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt sind, kann ein Nachteil der erfindungsgemäßen Einrichtung darin bestehen, daß bei der Inbetriebnahme der Gesamtschaltung bzw. beim Anlegen der Speisespannung an diese, der Kondensator bzw. die Kondensatoren des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind, und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung -außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken angeordnet sein dürfen, über das gespeiste elektrische System und/oder über in der Gesamtschaltung enthaltene Einwegschalter - nach deren Einschalten - aus dem speisenden elektrischen System aufgeladen werden. Dies kann dadurch vermieden werden, daß in der Gesamtschaltung zusätzliche Diodenpfade geschaffen werden, über welche der bzw. die genannten Kondensatoren bei der Inbetriebnahme der Gesamtschaltung bzw. beim Anlegen der Speisespannung an diese, unter Umgehung des gespeisten elektrischen Systems und/oder unter Umgehung von in der Gesamtschaltung enthaltenen Einwegschaltern aus dem speisenden elektrischen System aufgeladen werden.
Fig. 8 zeigt die Anordnung nach Fig. 5 nach Einfügung eines derartigen zusätzlichen Diodenpfads, bestehend aus der Diode (16), über welche der Kondensator (10) nach Anlegen der Speisespannung Uo unter Umgehung des gespeisten Systems (1) aufgeladen wird.
Fig. 9 zeigt als weiteres Beispiel hierzu einen Gegentaktdurchflußwandler, erfindungsgemäß ausgerüstet mit zwei stromanstiegsbegrenzenden Drosseln (17) und (18), zwei Kondensatoren (19) und (20) in den Schaltungspfaden parallel zu den Hauptstromelektroden der beiden Einwegschalter (2), den zugehörigen Dioden t21) und (22) sowie den zusätzlichen Diodenp-faden, bestehend aus je einer Diode (23) und (24), über welche die Kondensatoren (19) bzw. (20) bei der Inbetriebnahme der Gesamtschaltung unter Umgehung des gespeisten Transformators (25) und unter Umgehung der Einwegschalter (2) aus der speisenden Gleichspannungsquelle (3) aufgeladen werden.
Es wurde bereits mehrfach darauf hingewiesen, daß dem Kondensator bzw. den Kondensatoren des erfindungsgemäß parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters liegenden Schaltungspfads beim Abschalten des Einwegschalters elektrische Energie zufließt. Zum anderen wurde ausgesagt, daß die Gesamtspannung der in diesem Schaltungspfad in Serie geschalteten Kondensatoren bzw. des dort zumindest enthaltenen einzelnen Kondensators über schaltungstechnische Maßnahmen derart eingestellt wird, daß beim Abschalten des Einwegschalters in jenem Zeitintervall, währenddessen ein Strom über den genannten Schaltungspfad fließt, die Eingangselektrode des Einwegschalters gegenüber dessen Ausgangselektrode eine höhere Spannung aufweist als dann, wenn der Strom durch jene Induktivität, welche die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter beim Einschalten desselben begrenzt, völlig abgeklungen ist. dazu muß die beim Abschalten des Einwegschalters den Kondensatoren bzw. dem Kondensator zufliessende elektrische Energie diesen Bauelementen in dosierter Weise wieder entnommen werden derart, daß bei zu hoher Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel mehr elektrische Energie entnommen als zugeführt wird und bei zu geringer Spannung an diesem Kondensator bzw.
an diesen Kondensatoren im Mittel weniger elektrische Energie entnommen als zugeführt wird.
Dies kann zum einen dadurch geschehen, daß die Entnahme der elektrischen Energie aus dem Kondensator bzw. aus den Kondensatoren unter Zuhilfenahme zusätzlicher elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente erfolgt und die entnommene Energie in thermische Verlustleistung umgesetzt wird. Dafür seien nachfolgend kurz einige Ausführungsbeispiele beschrieben.
Fig. 10 zeigt die Anordnung nach Fig. 1, ergänzt um die stromanstiegsbegrenzende Drossel i26), die zusätzlich eingefügte Diode (27), den zusätzlich eingefügten Kondensator (28) sowie die Zenerdiode (29), welche die dosierte Entnahme elektrischer Energie aus dem Kondensator (28) und deren Umsetzung in thermische Verlustleistung bewerkstelligt.
Fig. 11 zeigt dieselbe Anordnung mit dem Unterschied, daß hier die dosierte Entnahme elektrischer Energie aus dem Kondensator und deren Umsetzung in thermische Verlustleistung über die gleichsinnig gepolten Dioden (30), (31) und (32) erfolgt.
Fig. 12 zeigt wiederum dieselbe Grundanordnung, diesmal mit dem Unterschied, daß dort die dosierte Entnahme elektrischer Energie aus dem Kondensator und deren Umsetzung in thermische Verlustleistung über einen Ohmwiderstand (33) erfolgt.
Fig. 13 zeigt die Anordnung nach Fig. 12 mit dem Unterschied, daß zum Ohmwiderstand (33) noch eine elektrische Drossel (34) in Serie geschaltet ist, um die zeitliche Schwankung der Kondensatorspannung zu verringern.
Fig. 14 zeigt zum Abschluß dieser Ausführungsbeispiele schliesslich noch die Anordnung nach Fig. 13 mit dem Unterschied, daß in jenen Schaltungszweig, welcher die dosierte Entnahme elektrischer Energie aus dem Kondensator und deren Umsetzung in thermische Verlustleistung bewirkt, in Serie zum Ohmwiderstand (33) und zur elektrischen Drossel (34) noch eine Zenerdiode (35) geschaltet wurde, um sicherzustellen, daß sich die gewünschte Kondensatorspannung rascher aufbaut.
Die dosierte Entnahme der beim Abschalten des Einwegschalters den Kondensatoren bzw. dem Kondensator des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters geschaffenen Schaltungszweigs zufliessenden elektrischen Energie aus diesen Speicherelementen derart, daß bei zu hoher Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel mehr elektrische Energie entnommen als zugeführt wird und bei zu geringer Spannung an diesem Kondensator bzw. an diesen Kondensatoren im Mittel weniger elektrische Energie entnommen als zugeführt wird, kann zum anderen derart erfolgen, daß diese Energie unter Zuhilfenahme zusätzlicher elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente wieder entnommen und dem speisenden und/oder gespeisten elektrischen System als Nutzenergie wieder zugeführt wird.
Auch dafür seien nachfolgend kurz einige Ausführungsbeispiele beschrieben.
Fig. 15 zeigt die Anordnung nach Fig. 1, ergänzt um die stromanstiegsbegrenzende Drossel (26), die zusätzlich eingefügte Diode (27), den zusätzlich eingefügten Kondensator (28) sowie den Gleichstromsteller (36) in potentialverbindender Hoch- und Tiefsetzausführung, welcher die dosierte Entnahme elektrischer Energie aus den Kondensator (28) und deren Rücktransport zur speisenden Gleichspannungsquelle (3) bewerkstelligt. Anstelle dieses potentialverbindend-en Hoch- und Tiefsetzstellers (3G) können selbstverständlich auch andere, bekannte Gleichstromsteller in potentialtrennender oder potentialverbindender Ausführung für diese Aufgabe eingesetzt werden.
Fig. 16 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel für die Spannungseinstellung an dem Kondensator bzw.
an den Kondensatoren des parallel zu den Haupts,tomelektroden des Einwegschalters geschaffenen Schaltungspfads über die dosierte Entnahme der diesem Kondensator bzw. diesen Kondensatoren beim Abschalten des Einwegschalters zugeführten Energie bei gleichzeitiger Rückführung derselben in das speisende und/oder gespeiste elektrische System die Anordnung nach Figur 5, welche hier aus Symmetriegründen um eine zweite Diode (37) im parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters geschaffenen Pfad ergänzt ist und zusätzlich zwei Zenerdioden (38) und (39) aufweist, über welche die Spannung am Kondensator (10) in der gewünschten Weise eingestellt wird. Gleichzeitig stellen diese beiden Zenerdioden (38) und (39) sicher, daß der Kondensator (10) bei der Inbetriebnahme der Gesamtschaltung unter Umgehung des Verbraucherzweipols (1) aus der Gleichspannungsquelle (3) aufgeladen wird.
Fig. 17 zeigt die Anordnung nach Fig. 16 mit dem Unterschied, daß die beiden Zenerdioden (38) und (39) aus Fig. 16 jeweils durch eine Reihenschaltung aus gewöhnlichen Dioden (40), (41) und (42) sowie (43), (44) und (45) ersetzt sind und zusätzlich eine Diode (46) vorgesehen ist, welche sicherstellt, daß bei der Inbetriebnahme der Gesamtschaltung der Kondensator (10) aus der Gleichspannungsquelle (3) unter Umgehung des Verbraucherzweipols (1) aufgeladen wird.
Fig. 18 unterscheidet sich von Fig. 17 lediglich dadurch, daß die beiden Reihenschaltungen aus den gewöhnlichen Dioden (40), (41) und (42) sowie (43), (44) und (45) durch die beiden Ohmwiderstände (47) und (48) ersetzt sind> welche die entsprechende Aufgabe erfüllen.
Fig. 19 zeigt nochmals die Anordnung nach Fig. 8, nach Ergänzung um eine Reihenschaltung aus einem Ohmwiderstand (49) und einer Drossel (50), über welche die Einstellung der Spannung am Kondensator (10) in der gewünschten Weise bewerkstelligt wird. Wegen der dem Ohmwiderstand (49) hier nachgeschalteten Drossel (50) ist es dabei ohne Nachteile möglich, den Rückführungspfad einfach auszuführen und ihn nicht bis an die Anschlußklemmen der speisenden Gleichspannungsquelle (3) zu verlängern.
Fig. 20 zeigt wiederum die Anordnung nach Figur 19 mit dem Unterschied, daß hier in jenen Schaltungszweig, welcher die dosierte Entnahme elektrischer Energie aus dem Kondensator (10) und deren Rückführung zum speisenden und gespeisten elektrischen System bewirkt, in Serie zum Ohmwiderstand (49) und zur elektrischen Drossel (50) noch eine Zenerdiode (51) geschaltet wurde, um zu erreichen, daß sich die gewünschte Spannung am Kondensator (10) rascher aufbaut.
Zum Abschluß dieser Ausführungsbeispiele zeigt Fig. 21 schließlich nochmals die Anordnung nach Fig. 20 mit dem Unterschied, daß die Zenerdiode (51) durch zwei in Flußrichtung entsprechend wirkende, in Reihe geschaltete gewöhnliche Dioden (52) und (53) ersetzt ist.
Die-voranstehenden Ausführungen haben gezeigt, daß die erfindungsgemäße Einrichtung die Befreiung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten in zufriedenstellender Weise zu gewährleisten vermag. Dies wurde auch anhand der Diagramme von Fig. 4 sehr deutlich. Gleichzeitig wurde in den Diagrammen von Fig. 4 aber eine recht erhebliche Verlustleistungsspitze beim Ausschalten des Einwegschalters deutlich.
Diese ist nach den eingangs gemachten Ausführungen insbesondere bei höheren Umschaltfrequenzen und bei hohem Ausnutzungsgrad des Einwegschalters sehr störend. Sie ist jedoch keine Folge der Einführung der erfindungsgemäßen Einrichtung, sondern tritt auch ohne eine solche auf.
Mit den deutschen Patentanmeldungen P 26 41 183.6 und P 26 39 589.1 sind zwei Anordnungen ohne prinzipbedingte Verluste bekannt geworden, welche die Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten zu erreichen vermögen. Sie gehen dabei zumindest in verschiedenen, wichtigen Ausführungsvarianten von der ergänzenden Ausbildung zusätzlicher Schaltungspunkte aus, welche bei der Einrichtung gemäß vorliegender Erfindung ganz automatisch anfallen. Es ist daher möglich und in besonderem Maße zweckmässig, die erfindungsgemäße Einrichtung zur Befreiung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten mit einer Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten gemäß deutscher Patentanmeldung P 26 41 183.6 und/oder mit einer Anordnung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten gemäß deutscher Patentanmeldung P 26 39 589.1 derart zu kombinieren, daß in der erfindungsgemäßen Einrichtung jene Schaltungspunkte geschaffen werden, welche in den Entlastungseinrichtungen gemäß P 26- 41 183.6 und/oder gemäß P 26 39 589.1 für deren Funktion benötigt werden.
Zum einen kann dies so geschehen, daß der erfindungsgemäß parallel zu den Hauptstromelektroden bestehende Schaltungspfad, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart ausgeführt wird, daß in ihm ein Schaltungspunkt - im weiteren Zuflußelektrode genannt - entsteht, welcher unmittelbar im Anschluß an das Abschalten des Einwegschalters mit jener Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Eingangselektrode genannt - , über welche der Strom in den Einwegschalter eintritt, elektrisch leitend verbunden ist und daß in ihm ein zweiter Schaltungspunkt - im weiteren Abflußelektrode genannt - entsteht, welcher unmittelbar im Anschluß an das Abschalten des Einwegschalters mit jener Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Ausgangselektrode genannt - , über welche der Strom aus dem Einwegschalter aus tritt, elektrisch leitend verbunden ist und daß die genannte Zuflußelektrode sowie die genannte Abflußelektrode im leitenden Zustand des Einwegschalters von dessen Hauptstromelektroden, z.B. über Dioden, elektrisch getrennt sind und daß die genannte Zuflußelektrode gegenüber der genannten Abflußelektrode eine weitgehend konstante Spannung aufweist und daß an die genannte Zuflußelektrode und die genannte Abflußelektrode sowie die Eingangselektrode und die Ausgangselektrode des Einwegschalters eine Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten gemäß deutscher Patentanmeldung P 26 41 183.6 angeschlossen ist.
Als Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 22 die Anordnung gemäß Fig. 7 nach Ergänzung um eine in dem strichpunktierten Kasten (54) dargestellte Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten gemäß P 26 41 183.6, welche an die Eingangselektrode E des Einwegschalters, an dessen Ausgangselektrode A, an die genannte Zuflußelektrode Zu sowie an die genannte Abflußelektrode Ab angeschlossen ist.
Zum anderen kann die genannte Kombination so erfolgen, daß der erfindungsgemäß parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehende Schaltungspfad, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind, und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart ausgeführt wird, daß in ihm ein Schaltungspunkt - im weiteren Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential genannt - entsteht, welcher gegenüber jener Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Schalterelektrode mit konstantem Potential genannt -, die beim Abschalten des über den Einwegschalter fliessenden Stromes ihr elektrisches Potential gegenüber dem zuvor speisenden elektrischen System weitgehend beibehält, eine Spannung aufweist, welche näherungsweise so groß ist wie die Sperrspannung, welche die andere Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Schalterelektrode mit springendem Potential genannt - gegenüber der Schalterelektrode mit konstantem Potential unmittelbar im Anschluß an das Abschalten des Einwegschalters aufweist und daß an die genannte Schalterelektrode mit konstantem Potential und an die genannte Schalterelektrode mit springendem Potential sowie an den genannten Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential eine Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausbchalten gemäß deutscher Patentanmeldung P 26 41 183.6 oder/und eine Anordnung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten gemäß deutscher Patentanmeldung P 26 39 589.1 angeschlossen ist.
Als erstes Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 23 die Anordnung gemäß Fig. 19 nach Ergänzung um eine in dem strichpunktierten Kasten (55) dargestellte Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten gemäß P 26 41 183.6 , welche an die genannte Schalterelektrode mit konstantem Potential SEK und an die genannte Schalterelektrode mit springendem Potential SES sowie an den genannten Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential SPS angeschlossen ist.
Als zweites Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 24 die Anordnung gemäß Fig. 13 nach Ergänzung um eine in dem strichpunktierten Kasten (56) dargestellte Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten gemäß P 26 41 183.6 , welche an die genannte Schalterelektrode mit konstantem Potential SEK und an die genannte Schalterelektrode mit springendem Potential SES sowie an den genannten Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential SPS angeschlossen ist.
Zur weiteren Demonstration des außerordentlich breiten Anwendungsbereiches der Erfindung- seien abschliessend noch einige weitere Einsatzbeispiele aufgeführt.
Fig. 25 a zeigt einen sogenannten Hochsetzsteller (engl. boost converter), welcher elektrische Energie von der links angeschlossenen Gleichspannungsquelle (3) mit der Spannung UO in das rechts anzuschliessende Gleichspannungssystem mit der - größeren - Spannung Ua überträgt. Die Hauptstromdiode (57) verhindert, daß elektrische Energie in umgekehrter Richtung, vom rechts anzuschliessenden Gleichspannungssystem weg und zur links angeschlossenen Gleichspannungsquelle (3) bzw. zum Einwegschalter (2) hin fließt.
In Figur 25 b ist diese Anordnung ergänzt um eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Befreiung des Einwegschalters von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten, bestehend aus der stromanstiegsbegrenzenden Drossel (58) und der Diode (59) sowie dem Kondensator t60) im parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters liegenden Schaltungspfad und dem Ohmwiderstand (61) sowie der Drossel (62) in jenem Pfad, über welchen die Spannung am Kondensator (60) eingestellt wird.
In Figur 25 c ist schliesslich die Anordnung nach Fig. 25 b noch ergänzt um eine in dem strichpunktierten Kasten (63) dargestellte Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung des Einwegschalters (2) von seiner Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten, gemäß P 26 41 183.6 Fig. 26 a zeigt einen sogenannten Tiefsetzsteller (engl. buck converter), welcher elektrische Energie von der links angeschlossenen Gleichspannungsquelle (3) mit der Spannung UO in das rechts anzuschliessende Gleichspannungssystem mit der - kleineren - Spannung Ua überträgt. Die Hauptstromdiode (64) ermöglicht ein Weiterfliessen des Hauptstromes durch die Speicherdrossel (65) auch dann, wenn der Einwegschalter (2) abgeschaltet ist.
In Fig. 26 b ist diese Anordnung ergänzt um eine im strichpunktierten Kasten (66) dargestellte erfindungsgemäße Einrichtung zur Befreiung des Einwegschalters (2) von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten.
In Fig. 26 c ist die Anordnung nach Fig. 26 b noch ergänzt um eine in dem strichpunktierten Kasten (67) dargestellte Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung des Einwegschalters (2) von seiner Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten, gemäß P 26 41 183.6 Fig. 27 a zeigt als weiteren potentialverbindenden Gleichstromsteller einen sogenannten Hoch-und Tiefsetzsteller (engl. buck-boost converter), welcher elektrische Energie von der links angeschlossenen Gleichspannungsquelle (3) mit der Spannung U in 0 das rechts anzuschliessende Gleichspannungssystem übertragen kann, unabhängig davon, ob dessen Spannung Ua grösser oder kleiner ist als UO .
In Fig. 27 b ist diese Anordnung wieder ergänzt um eine dort im strichpunktierten Kasten (68) dargestellte erfindungsgemäße Einrichtung zur Befreiung des Einwegschalters (2) von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten.
In Figur 27 c ist die Anordnung nach Fig. 27 b ebenfalls ergänzt um eine im strichpunktierten Kasten (69) dargestellte Einrichtung ohne prinzipbedingte Verliste zur Entlastung des Einwegschalters (2) von seiner Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten, gemäß P 26 41 183.6 Fig. 28 a zeigt einen Zweig einer Wechselrichterschaltung mit zwei Einwegschaltern (2) und einer Ausgangselektrode (70).
In Fig. 28 b ist diese Anordnung wieder ergänzt um zwei, dort in dem strichpunktierten Kasten (71) dargestellte, erfindungsgemäße Einrichtungen zur Befreiung der Einwegschalter (2) von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten.
In Fig. 28 c ist die Anordnung nach Fig. 28 b ergänzt um zwei in den strichpunktierten Kästen (72) und (73) dargestellte Einrichtungen ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung der Einwegschalter (2) von ihrer Vetlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten gemäß P 26 41 183.6 Fig. 29 zeigt zum Abschluß einen Brückenwechselrichter, der mit vier Einwegschaltern (2) und mit vier erfindungsgemäßen Einrichtungen zur Befreiung der Einwegschalter (2) von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Ausschalten sowie mit vier Einrichtungen ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung der Einwegschalter (2) von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten gemäß P 26 41 183.6 versehen ist.

Claims

Patentansprüche 1.3Einrichtung zur Befreiung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von hoher Verlustleistungsbeanspruchung während des Einschaltens und überhöhter Sperrspannungsbeanspruchung beim Aus schalten; dadurch gekennzeichnet, daß in jenem Pfad der Gesamtschaltung, in welchem sich der nach dem Einschalten des Einwegschalters über diesen und das speisende System fliessende Strom schliesst, eine lineare oder stromabhängige, die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Einwegschalter während dessen Einschaltens begrenzende Induktivität wirksam ist und daß, zumindest im quasi-stationären, d.h.

elektrisch eingeschwungenen Betrieb der Gesamtschaltung, vor dem Einschalten des Einwegschalters kein oder kein erheblicher Strom über diese Induktivität fließt und daß dann, wenn die ursprüngliche Gesamtschaltung nicht bereits eine ausreichende Induktivität dieser Art enthält, in jenen Pfad der Gesamtschaltung, in welchem sich der nach dem Einschalten des Einwegschalters über diesen und das speisende System fliessende Strom schliesst, eine Drossel mit konstanter oder stromabhängiger Induktivität ergänzend eingefügt ist und daß parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters ein Schaltungspfad besteht, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen und daß dann, wenn der genannte Schaltungspfad nur eine Diode enthält, die Anschlußrichtung dieser Diode so gewählt ist, daß sie einen Stromfluß über diesen Schaltungspfad von jener Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Ausgangselektrode genannt -, über welche der Strom aus diesem aus tritt, zu jener Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Eingangselektrode genannt -, über welche der Strom in diesen eintritt, unterbindet, und daß dann, wenn der genannte Schaltungspfad mehrere Dioden oder Diodengruppen enthält, deren Anschlußrichtungen einheitlich so gewählt sind, daß jede Diode für sich, auch bei einem Kurzschliessen von in Serie angeordneten Diodenstrecken, einen Stromfluß über den genannten Schaltungspfad von der Ausgangselektrode des Einwegschalters zu dessen Eingangselektrode unterbindet, und daß dann, wenn der genannte Schaltungspfad nur einen Kondensator enthält, dessen Spannung über schaltungstechnische Maßnahmen derart eingestellt wird, daß beim Abschalten des Einwegschalters in jenem Zeitintervall, währenddessen ein Strom über den genannten Schaltungspfad fließt, die Eingangselektrode des Einwegschalters gegenüber dessen Ausgangselektrode eine höhere Spannung aufweist als dann, wenn der Strom durch jene Induktivität, welche die Anstiegsgeschwinkeit des Stromes durch den Einwegschalter beim Einschalten desselben begrenzt, abgeklungen ist und daß dann, wenn der genannte Schaltungspfad mehrere Kondensatoren enthält, die Gesamtspannung der in Serie geschalteten Kondensatoren über schaltungstechnische Maßnahmen derart eingestellt wird, daß beim Abschalten des Einwegschalters in jenem Zeitintervall, währenddessen ein Strom über den genannten Schaltungspfad fließt, die Eingangselektrode des Einwegschalter-s gegenüber dessen Ausgangselektrode eine höhere Spannung aufweist als dann, wenn der Strom durch jene Induktivität, welche die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes durch den Ein wegschalter beim Einschalten desselben begrenzt, völlig abgeklungen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehende Schaltungspfad, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung -der Reihenschaltung - außer Kondensatoren. und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart ausgeführt ist, daß die Ausgangselektrode des Einwegschalters mit der Anschlußelektrode eines Kondensators verbunden ist, dessen zweite Anschlußelektrode über ein Diodennetzwerk oder eine einzelne Diode an die Eingangselektrode des Einwegschalters angeschlossen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehende Schaltungspfad, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart ausgeführt ist, daß die Eingangselektrode des Einwegschalters mit der Anschlußelektrode eines Kondensators verbunden ist, dessen zweite Anschlußelektrode über ein Diodennetzwerk oder eine einzelne Diode an die Ausgangselektrode des Einwegschalters angeschlossen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehende Schaltungspfad, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart ausgeführt ist, daß eine Anschlußelektrode des genannten Kondensators an einen Punkt der Gesamtschaltung angeschlossen ist, der beim Abschalten des über den Einwegschalter fliessenden Stromes sein elektrisches Potential gegenüber dem zuvor speisenden elektrischen System nicht erheblich verändert.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Diodenpfade eingefügt sind, über welche der Kondensator bzw. die Kondensatoren des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung -außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, bei der Inbetriebnahme der Gesamtschaltung bzw. beim Anlegen der Speisespan-' nung an diese, unter Umgehung des gespeisten elektrischen Systems und/oder unter Umgehung von in der Gesamtschaltung enthaltenen Einwegschaltern aus dem speisenden elektrischen System aufgeladen werden.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Spannung bzw. der Spannungen an dem Kondensator bzw. an den Kondensatoren des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart vorgenommen wird, daß die elektrische Energie, welche diesem Kondensator bzw. diesen Kondensatoren beim Abschalten des Einwegschalters zufliesst, diesen Speicherelementen unter Zuhilfenahme zusätzlicher elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente wieder entnommen und in thermische Verlustleistung umgesetzt wird derart, daß bei zu hoher Spannung an diesem Kondensator bzw.

an diesen Kondensatoren im Mittel mehr elektrische Energie entnommen als zugeführt wird und bei zu geringer Spannung an diesem Kondensator bzw.

an diesen Kondensatoren im Mittel weniger elektrische Energie entnommen als zugeführt wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme der elektrischen Energie aus dem Kondensator bzw. aus den Kondensatoren des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads und ihre Umsetzung in thermische Verlustleistung über Schaltungszweige erfolgt, in welche entweder Zenerdioden oder mehrere gleichsinnig gepolte gewöhnliche Dioden oder Ohmwiderstände oder Ohmwiderstände und in Serie geschaltete elektrische Drosseln oder in Reihe angeordnete Kombinationen aus solchen Bauelementen eingefügt sind.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Spannung bzw. der Spannungen an dem Kondensator bzw. an den Kondensatoren des parallel zu den Fiauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart vorgenommen wird, daß die elektrische Energie, welche diesem Kondensator bzw. diesen Kondensatoren beim Abschalten des Einwegschalters zufliesst, diesen Speicherelementen unter Zuhilfenahme zusätzlicher elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente wieder entnommen und dem speisenden und/oder gespeisten elektrischen System als Nutzenergie wieder zugeführt wird.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme der elektrischen Energie aus dem Kondensator bzw. aus den Kondensatoren des parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads und ihre Rückführung zum speisenden und/oder gespeisten elektrischen System über potentialverbindende oder potentialtrennende Gleichstromsteller ohne prinzipbedingte Verluste vorgenommen wird.
10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme der elektrischen Energie aus dem Kondensator bzw. aus den Kondensatoren des parallel zu den llauptstromelektroden des Einwegschalters bestehenden Schaltungspfads und ihre Rückführung zum speisenden und/oder gespeisten elektrischen System über Schaltungszweige erfolgt, in welchen entweder Zenerdioden oder mehrere gleichsinnig gepolte gewöhnliche Dioden oder Ohmwiderstände oder Ohmwiderstände und in Serie geschaltete elektrische Drosseln oder in Reihe angeordnete Kombinationen aus solchen Bauelementen eingefügt sind.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeicgnet, daß der parallel zu den 1-iauptstromelektroden des Einwegschalters bestehende Schaltungspfad, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart ausgeführt ist, daß in ihm ein Schaltungspunkt -im weiteren Zuflußelektrode genannt - entsteht, welcher unmittelbar im Anschluß an das Abschalten des Einwegschalters mit jener Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Eingangselektrode genannt -, über welche der Strom in den Einwegschalter eintritt, elektrisch leitend verbunden ist und daß in ihm ein zweiter Schaltungspunkt - im weiteren Abflußelektrode genannt - entsteht, welcher unmittelbar im Anschluß an das Abschalten des Einwegschalters mit jener Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Ausgangselektrode genannt -, über welche der Strom aus dem Einwegschalter austritt, elektrisch leitend verbunden ist und daß die genannte Zuflußelektrode sowie die genannte Abflußelektrode im leitenden Zustand des Einwegschalters von dessen Hauptstromelektroden, z.B. über Dioden, elektrisch getrennt sind und daß die genannte Zuflußelektrode gegenüber der genannten Abflußelektrode eine weitgehend konstante Spannung aufweist, und daß an die genannte Zuflußelektrode und die genannte Abflußelektrode sowie die Eingangs-und die Ausgangselektrode des Einwegschalters eine bekannte Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten angeschlossen ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der parallel zu den Hauptstromelektroden des Einwegschalters bestehende Schaltungspfad, in welchem mindestens eine Diode und mindestens ein Kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind und in welchem ansonsten - in Fortführung der Reihenschaltung - außer Kondensatoren und Dioden nur Gleichspannungsquellen und/oder Gleichspannungssenken mit weitgehend konstanter Spannung angeordnet sein dürfen, derart ausgeführt ist, daß in ihm ein Schaltungspunkt - im weiteren Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential genannt - entsteht, welcher gegenüber jener Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Schalterelektrode mit konstantem Potential genannt -, die beim Abschalten des über den Einwegschalter fliessenden Stromes ihr elektrisches Potential gegenüber dem zuvor speisenden elektrischen System weitgehend beibehält, eine Spannung aufweist, welche näherungsweise so groß ist wie die Sperrspannung, welche die andere Hauptstromelektrode des Einwegschalters - im weiteren Schalterelektrode mit springendem Potential genannt - gegenüber der Schalterelektrode mit konstantem Potential unmittelbar im Anschluß an das Abschalten des Einwegschalters aufweist und daß an die genannte Schalterelektrode mit konstantem Potential und die genannte Schalterelektrode mit springendem Potential sowie den genannten Schaltungspunkt mit Sperrspannungspotential eine bekannte Anordnung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entlastung elektrischer oder elektronischer Einwegschalter von ihrer Verlustleistungsbeanspruchung beim Ausschalten angeschlossen ist.