DE1613859A1 - Vorrichtung mit einem Wechselrichter mit wenigstens einem gesteuerten Gleichrichter - Google Patents

Vorrichtung mit einem Wechselrichter mit wenigstens einem gesteuerten Gleichrichter

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DE1613859A1 DE19671613859 DE1613859A DE1613859A1 DE 1613859 A1 DE1613859 A1 DE 1613859A1 DE 19671613859 DE19671613859 DE 19671613859 DE 1613859 A DE1613859 A DE 1613859A DE 1613859 A1 DE1613859 A1 DE 1613859A1
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Description

ABSCHRIET
.N.V. Philips1 Gloeilampenfabrieken, Eindhoven / Holland
" Vorrichtung mit einem Wechselrichter mit wenigstens einem
gesteuerten Gleichrichter "
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtimg mit einem Wechselrichter mit wenigstens einem gesteuerten Gleichrichter, z.B. einem Thyratron oder Halbleiter/?] eichrichter, sum Umsetzen der Spannung einer Gleichstromquelle in eine Wechselspannung, und mit einem Generator zum Erzeugen von Impulsen zum Leitendmachen des gesteuerten Gleichrichters. Es ist üblich, die Eingangsklemmen derartigen Wechselrichters durch einen Kondensator von z.B.
überbrücken, damit die erzeugte Wechselspannung die Gleich-
le nicht stört. In Anlagen, die mehr als nur einen Wechselrichter enthalten, hat es sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, reden Wechselrichter über ein eine Reihenschaltung einer Induktivität und des genannter. Kondensators enthaltendes Eingar.gsf liter anzuschließen, wobe.1 die Enden der Reihenschaltung an die Leitungen der Gleichstromquelle angeschlossen sind.
Die Wechselrichter und insbesondere ihre gesteuerten Gleichricho ter werden meistens gegen Störungen wie Überlastung, Kurzschluß ° im Belastungskreis, nicht rechtzeitiges Löschen oder Zünden eines gesteuerten Gleichrichters mittels einer Schmelzsicherung geo schützt. Im Betrieb stellt es sich jedoch heraus, daß der größte ο Teil der Störungen von vorübergehender Art ist. In Eisenbahnbe-JjJ leuchtungsanlagen mit Wechselrichtern sind z.B. mehr als 90 # der to Störungen schlechten Stecker- oder Armaturkontakten, vorübergehenden Kurzschlüssen in Kupplungssteckern der Armaturen oder
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parasitären, z.B. beim Umsehalten von Batterie- auf Gleichstromgeneratorspeisung oder umgekehrt erzeugten Impulsen zuzuschreiben. Diese Störungen führen einen großen Verbrauch von Schmelzsicherungen herbei.
Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung vom eingangs angedeuteten Typ zu schaffen, wobei der Wechselrichter selbst vor Störungen vorübergehender Art geschützt ist, ro daß derartige Störungen kein Schmelzen einer Schmelzsicherung verursachen können. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das meistens bereits vorhandene Eingangsfilter zugleich als Schu+zlöschkreis zu verwenden und dabei dafür zu sorgen, daß der Generatorkreis nach dem Löschen keine Impulse mehr an den gesteuerten Gleichrichter abgeben kann.
Die erfindungsgemä8e Vorrichtung enthält daher ein Eingangsfilter mit einer Reihenschaltung einer Induktivität und eines Kondensators, wobei die Enden dieser Reihenschaltung an die Gleichstromquelle angeschlossen sind und der Wechselrichter den Kondensator überbrückt. Sie weist das Merkmal auf, daß der Wert der Induktivität so groß ist, daß infolge einer Störung im Wechselrichter oder in seinem Speisvmgs- od^r Belastungskreis, die den gesteuerten Gleichrichter im leitenden Zustand hält, eine derartige Schwingung erzeugt wird, daß die Spannung am Kondensator durch Null geht, so daß der gesteuerte Gleichrichter trotz der Störung wieder stromlos wird, und daß der Schwingung eine Spannung entnommen wird, welche die Impulse des Generatorkreises hindert, den gesteuerten Gleichrichter zu erreichen.
Beim Auftreten einer Störung ( z.B. einer vorübergehend unterbrochenen Belastung, einer fehlerhaften Belastung, eines schlechten Kontaktes im Wechselrichter oder einer schnellen Netzspannungsechwankung ) stellt es sich heraus, daß der gesteuerte Gleichrichter leitend bleiben kann.
Wenn man nun die Induktivität des Eingangsfilters groß wählt, z.B. mehr als das Fünffache des induktiven Eingangswiderstan- ■
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den des Wechselrichters, stellt es sich heraus, daß der Kondensator des Eingangsfilters die Neigung aufweist, sich schwingend über den Wechselrichter zu entladen. Wenn dabei die Spannung dieses Kondensators durch Null gegangen, also negativ geworden ist, wird der Wechselrichterstrom, also der Strom durch den gesteuerten Gleichrichter, bei dem praktisch größten negativen Wert dieser Kondensatorspannung gleich Null werden, wodurch dieser Gleichrichter abschalten kann. Das Eingangsfilter hat seine schützende Punktion erfüllt.. Wenn man die Induktivität des Eingangsfilterp kleiner als ca. das Fünffache des induktiven Eingangswiderstandes des Wechselrichters wählt, dann stellt sich heraus, daß der Strom durch den Wechselrichter, im Falle daß der gesteuerte Gleichrichter leitend bleibt, zu stark durch die Netzspannung bestimmt wird, und daß der Strom durch den gesteuerten Gleichrichter dann nicht ohne wei+ere Hilfsmittel, wie z.B. eine Schmelzsicherung, auf Null zurückgebracht werden kann»
Wenn man jedoch den gesteuerten Gleichrichter des Wechsel-' richters mit Hilfe des Eingangsfilters hat löschen können, dann könnte der Generatorkreis, durch Ausschwingung, dem gesteuerten Gleichrichter noch Impulse abgeben, wodurch dieser Gleichrichter doch wieder leitend würde. Um dies zu verhindern, wird heim Löschen mit Hilfe des Eingangsfilters eine während der Störung auftretende Schwingimg verwendet, um dieser e"ine Spannung zu entnehmen, die eine Art Sperre für die Impulse von Generator zum gesteuerten Gleichrichter bildet» Man kann dabei z.B. eine während- einer Störung in der Induktivität de? Eingangsfilterp auftr°tende Schwingung verwenden.
Vorzugsweise wird eine Vorrichtung verwendet, bei der in die Verbindungleitung vom Eingangsfilter zum Wechselrichter ein Iransformator aufgenommen ist, wobei die von der Schwingung im Transformator erzeugte Spannung über eine Zener-Diode zwischen dem Generator und dem gesteuerten Gleichrichter angelegt wird. Der Vorteil dabei ist, daß man unmittelbar den
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Strom im Eingangskreis des Wechselrichters verwendet, so daß eine starke Vergrößerung dieses Stroms, wi^ diese sich im Falle einer Störung darbieten kann, nur gewünschten Impulssperre führt.
Bei einer besonderen Ausbildung der Vorrichtung"ist der Kondensator des Eirgangsfilters mit einer Reihenschaltung einer Diode und eines zweiten Kondensators überbrückt, wobei der zweit° Kondensator in den Generatorkreis aufgenommen und durch einen Widerstand überbrückt ist. Der Vorteil di^er Vorrichtung besteht rlarin, daß die erforderliche Anzahl von Elementen zur Gestaltung einer Impulssperre auf drei, nämlich eine Diode, einen Kondensator und einen Widerstand, beschränkt ist.
Der genannte zw°ito Kondensator könnte sich z.B. im Eingangskreis des Genf>ra+ers befinden. Bei einer besonderen Ausbildung der Vorrichtung "^findet Rn'^h der zweite Kondensator im Aus— gengskreis der5 Generator ε und r.war in einer Verbindung zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des gesteuerten Gleichri chterr·.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Wechselrichter mit einem Eingangsfilter und einem Generatorkreis,irt den ein zweiter Kondensator zur Bildung ein01"
Fig* ^ °ineyi 1Z70ChBeIrich+er mit einen Ein-^angsfil+er und einem schematisch dargestellter. Generator, bei dem die Impulssperre einem in eine Verbindungsleitung vom Eingangsfilter zum Wechselrichter aufgenommenen Transforrator entnommen värd,
In Fig. 1 sir.'l *· und ? Anschlußklemmen der Vorrichtung. Die Klemme 1 dien"·: zum Anschluß an die positive Klemme einer Gl eich ρ tr om ο uel .le, die Klemme 2 71I"! Abschluß an die negative Klemme dieser Gleichstromquelle. Von der Klemme 1, und zur Kiemm° ? geh°nd, durchlauft man eine Reihenschaltung, in die
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eine Schmelzsicherung 3 und ein aus einer Induktivität 4 und einer Kapazität 5 bestehendes Eingangsfilter aufg°nom-1DPn sind. Der Kondensator 5 ist durch einen Wechselrichter überbrückt, der u.a. eine Selbstinduktiyität 6, einen Anzapfpunkt 7, einen Anzapf p'unkt S und weiter swei Reih en schaltungen enthäl+, die aus der Transformatorwicklung 9, einer Hilfsspule 10, einem Thyristor 11 und einem Anzapfpunkt B auf dpr anderen Seite dee Kondensators 5, bezielrangsweise aus einer T^ansformatorwieklung 12 einer Hilfsspule 13, einem Thyristor H und einem Anζapfpunkt B besteht. Die Transformatorwicklungen 9 und 12- sind zusammen durch einen Kondensator 15 überbrückt. Eine Sekundärwicklung des Transformators ist mit 16 angedeutet. Diese Sokundärseite ist mit Gasentladungslampen 17, 13 usw. belastet,, die mit den Kondensatoren 19, 20 usw. stabilisiert sind.
Außer dem im Vorstehenden beschriebenen Hauptkreis gibt es noch zwei Hilfsvorrichtungen, nämlich eine nicht detailliert dargestellte Startvorrichtung 21 und eine Generatorvorrichtunjr ( siehe das mit einem I bezeichnete gestrichelt umrahmte
Dies? Hilfsvorrichtungen dienen zum Erhalten der richtigen Impulse an den Steuerelektroden der Thyristoren 11 und 14·
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Um den Wechselrichter in Betrieb zu setzen, ist ein Startimnuls erforderlich, der einen der Thyristoren leitend macht. Da^n dient die über die Verbindungen 22 und 23 aus dem JUetz gespeiste und an die Steuerelektrode des Thyristors 11 angeschlossene Vorrichtung 21. Wenn der Thyristor 11 leitend wird, wird der Kondensator 15 des Wechselrichters aufgeladen und damit wird der Generatorkreis I in Betrieb gesetzt.
Die Generatorvorrichtung I besteht.aus einem Schwingungskreis mit einem Kondensator 24 und einer Selbstinduktivität 25, in den ein Impulstransformator 26 aufgenommen ist. Dieser Schwingungskreis ist über eine Selbstinduktivität 27 mit dem
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Schwingungskreis des Wechselrichters gekoppelt. Wenn nach einem Startimpuls der Vorrichtung 21 der Hauptkondensator 15 aufgeladen wird, entsteht zwischen den Punkten 7 und 28 des Wechselrichters eine Spannung. Der Generatorkreis ist an diese Punkte angeschlossen. Dadurch wird der Kreis 24-25 erregt. Der Strom in diesem Kreis durchläuft den einen Ferritkern mit rechteckiger Hysteresekurve enthaltenden Impulstransformator 26. Jeder .Nulldurchgang des Kreisstromes bewirkt ein Umkippen des magnetischen Zustandes dieses Kernes ?ui entgegengesetzten Wert, so daß ein kurzzeitiger Spannungsstoß in der Sekundärseite des Transformators 26, also im Ausgangskreis des Generators I, erzeugt wird. Die Spannung der Sekundärseite des Transformators 26 wird teilweise über eine Diode 29 und einen Widerstand 30 und den Anschlußpunkt C der Steuerelektrode des Thyristors 14 zugeführt. Der Anschlußpunkt B ist einerseits mit der Katodenseite des Thyristors 14 und andererseits über einen noch näher zu besprechenden Kondensator "3M mit einer Mittelanzapfung des Transformators 26 verbunden. Der Widerstand "52 ist ein Schutzwiderstand. Der erste vom Generator I erzeugte Spannungsimpuls wird dem Thyristor 14 zugeführt. Der Thyristor 11 war inzwischen vom Ifulldurchgang des Wechselrichterstroms an gelöscht, und der Startkreis wurde durch Umkehrung des Potentials über 22-23 abgeschaltet. Der Thyristor 14 ist nun also leitend und der Kreis 24 - 25 wird aufs neue angeregt. Der Thyristor 14 erlischt wieder wegen des Nulldurchgangs des Wechselrichterstromes. Über einen gleichartigen Kreis wie der von B, 31» einem Teil des Transformators 26, 29, 30 C, erhält nun der Thyristor 11 einen Impuls usw. Genannter Kreis enthält eine Diode 23» einen Widerstand 34 und zwei Anschlußpunkte A und B. Der Widersland 35 ist ein Schutzwiderstand.
Das wechselweise leitendwerden der Thyristoren 11 und 14 er- ' gibt nun einen Wechselstrom in der Primärwicklung 9, 12 des Wechselrichtertransformators. Diese Wechsel werden auf die Sekundärwicklung 16 dieses Transformators übertragen und an die Belastung weitergegeben.
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In den vorstehend besprochenen Kreis der Genratorvorrichtung I ist, wie gesagt, ein durch einen Widerstand 36 überbrückter Kondensator 31 aufgenommen. Die Reihenschaltung von Punkt B, Kondensator 31 und Diode 37 überbrückt den .Kondensator 5 des Eingangsfilters.
Während des normalen Betriebs des Wechselrichters hat. der Kondensator 31 keine spezielle Punktion. Es wird zwar aufgeladen, jedoch über den Widerstand 36 wieder schnell genug entladen, um das Weitergeben der erwähnten Impulse nicht zu verhindern. Im normalen Betrieb ist die Diode 37 nicht stromführend.
In einem· konkreten. Fall betrug die Gleichspannung zwischen den Klemmen 1 und 2 118 Volt. Die Frequenz des Wechselrichterp betrug 6800 Hz und die Spannung an der Sekundärwicklung 16 des Transformators betrug 270 Volt. Die Induktivität 4 wqr 1,5 mH und der induktive Eingangswiderstand des Wechselrichters, der aus der Summe der Selbstinduktion der Induktivität 6 (1OuH), einer der Primärwicklungen des Transformators z.B. 9(125 uH) und einer der Hilfsspulen z.B. 10 (.10 uH) besteht, betrug also insgesamt 14? uH, d.h., die Induktivität 4 war ca. das Zehnfache der Induktivität des induktiven Eingangswiderstandes des Wechselrichters. Der Kondensator 5 betrug 100 uF, der mit 15 bezeichnete Kondensator 0,67 uF und der mit 31 -bezeichnete Kondenstor 4uF. Der Widerstand 36 war 390 O. Die Belastung'bestand aus 20 Stück Niederdruckqueoksilbergasentl=»- dungslampen vor je 40 Watt mit einer Brennspannung von 95 Volt. Die Stabilisierungskondensatoren 19 und 20 hatten eine Kapazität von je 0,039 uF.
Wenn nun im Hauptkreis eine Störung auftritt, bei der z.B. der Belastungskreis 10-17, 20-13 kurzzeitig unterbrochen wird, dann ist es möglich, daß z.B. der Thyristor 11 durch diese Erscheinung nicht, mehr in den 'Sperrzustand gelangt, da seine verfügbare Erholungsseit zu kurz geworden ist. Der Kondensator ? des Eingangsfilters wird sich nun durch da? große Ver-
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hältnis zwischen der Impedanz der Induktivität 4 des Eingangsfilters und dem induktiven Eingangswiderstand des Wechselrichters über die Induktivität 6, die Primärwicklung 9, die Hilfsspule 10, den Thyristor 11 und den Punkt B zn entladen anfangen. Wenn die Spannung des Kondensators 5 dabei negativ geworden ist, tritt die Diode 37 in Wirkung und lädt ( über die Reihenschaltung Diode ?7, Kondensator "*1, Punkt B) den Kondensator "*i des Generatorkreises auf, wodurch die B-Sei+e des? Kondensators 31 stark positiv wird. Dies bildet nun e-'n«? Sperre für etwaige Impulse zu den Thyristoren (11 und 1 4) . V/pn1'ge Augenblicke später wird dip Kondensatorspannuni'' c ■'hr^n may'"!al en nera4"!'ire-''; W^r+ p^nlten hab°n, und der Strom durch den Thyristor 11 wird dadurch Null v/erden, wodurch di-e^^r Thyristor prIi seht. Infolge der Impulssperre ist ein sberma!"*" ~es Xjf>'! ■^pndwer'ie1^ ^t Thvristori^n nun n^'cht mehr "tj ^^fürchton«
Wenn " "i Laufe der Zeit d^r Kondens^^^r "*·1 über "]rv3 Widerstand ■^^ entladen Ts-4". ""st die Spannung zwischen den Punkten ν und. ?β 'dps V/echQelr"■ ^hters ( ατ. ^ϊα d^-r G0K0^n4'0'" I p^~opr>viT opsen ist ) schon lange auf Null zurückgebracht, so daß sich keine neuen Impulse vom Generatorkreis mehr erwarten lassen.
e^n^r vi el !"■'od^i.^eren F110H^n^? r^ η1'η irr Ija*r*"η d^r ZpΊ'+ Ίτ Thν— "* " 1 ■*" "ιλ ^ "1J3Ch0T^. "1Z ^ η Γ1 d^e Störung-
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befindet sich in einer aus der Primärwicklung eines Transformators 4£, einer Induktivität 47 und einer Primärwicklung eines Transformators 48 bestehenden Reihenschaltung. Diese Reihenschaltung überbrückt den Kondensator 44.
Die Primärwicklung des Transformators 48 ist durch einen Kondensator 49 überbrückt. Mit I ist wieder die, nun nicht detailliert dargestellte, Generatorvorrichtung zur Impulserzeugung angedeutet. Mit II ist die Startvorrichtung angegeben. Die Startvorrichtung arbeitet in ungefähr derselben Weise wie bei Fig. 1. Sie wird über die Verbindungen 50 und 51 aus dem Netz gespeist und ist über die Verbindung 52 an die Steuerelektrode des Thyristors 45 angeschlossen. Die Verbindung 53 verbindet den Generator I mit der Steuerelektrode des Thyristors 45, und die Verbindung 54 verbindet I mit der Katode des Thyristors 45.
Die Belastung des Wechselrichters zeigt Übereinstimmung mit der bei Fig. 1 beschriebenen Belastung. v
Die Sekundärwicklimg des Transformators 46 ist durch einen Schutzwiderstand 55 überbrückt. Diese Sekundärwicklung wird weiter durch die Reihenschaltung einer Diode 56, einer Zener-Diode 57 und eines Kondensators 58 überbrückt, letzterer 1st durch einen Entladungswiderstand 59 überbrückt.
Die normale Wirkung des Viechseirichters nach Fig. 2 und die der Hilfsvorrichtungen, nämlich des Startkreises II und des Generators I entsprechen in großen Zügen den in Fig. 1 beschriebenen. Nur zeigt Fig, 1 einen Gegentaktwechselrichter und enthält der Wechselrichter nach Fig. 2 nur einen Thyristor, Auf nie normale Wirkung des Wechselrichters nach Fig. 2 braucht nicht nochmals eingegangen zu werden.
In einem konkreten Fall betrug die Gleichspannung-zwischen den Klemmen 40 und 41 wieder 118 Volt. Die Frequenz des Wechselrichters war 6800 Hz. Die Induktivität 4? betrug 1,5 mH
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und die Summe der Induktivitäten der Primärwicklung des Trans-' formators 46, der Spule 47 und der Primärwicklung des Transformators 48 "betrug 145 uH.
Der Spitzenwert des Stromes durch die Primärwicklung des Transformators 46 betrug normalerweise 40 A. Überschritt dieser Strom 60 A, dann wurde die Zener-Spannung der Zener-Diode 57 erreicht.
Bei einer Störung wird der Thyristor 4 5» aus demselben Grunde wie bei Fig. 1 beschrieben wurde, wieder nicht in den Sperrzustand gelangen können. Der Spitzenwert des Stromes durch die Reihenschaltung der Elemente 46, 47, 48, 45 steigt dadurch bis weit über 60 A. Die dadurch in der Sekundärwicklung des Transformators 46 induzierte Spannung wird dann so hoch, daß die Zener-Spannung der Zener-Diode 57 erreicht wird und ein starker Strom den Kondensator 58 auflädt, und zwar mit der positiven Seite zum Generator I hin gerichtet. Dadurch wird wieder eine Impulssperre in der Verbindung des Generators I über die Leitung 53 zur Steuerelektrode des Thyristors 45 gebildet.
Durch die erwähnte richtige Wahl der Größe der Induktivität 45 wird auch hier der Thyristorstrom über die Sparmungsumkehrung am Kondensator 44 wieder erlöschen.
Es sei abermals darauf hingewiesen, daß der Strom durch den Transformator 46 im normalen Betrieb nicht so groß ist, daß die Zener-Spannung der Zener-Diode 57 erreicht wird, so daß dann keine Impulssperre gebildet wird.
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Patentansprüche:
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Claims (1)

  1. Patentansprücheι
    i; Vorrichtung mit einem Wechselrichter mit wenigstens einem gesteuerten Gleichrichter, z.B, einem Thyratron oder Halblei tergleichr"ichter,JzUm Umsetzen der Spannung einer Gleichstromquelle in eine Wechselspannung und mit einem Generator zum Erzeugen von Impulsen zum Leitendmächen des gesteuerten Gleichrichters, und, auch mit einem Eingangsfilter mit einer Reihenschaltung einer Induktivität und eines Kondensators^wobei die Enden dieser Reihenschaltung an die' Gleichstromquelle.angeschlossen sind und der Wechselrichter den Kondensatorüberbrückt, dadurch, gekennzeichnet, daß der Wert d«r Induktivität (4) so groß ist, daß infolge einer Störung im Wechselrichter oder in seinem Speisungsoder Belastüngskreis, die den gesteuerten Gleichrichter (-1-1) i™ leitenden Zustand hält, eine derartige Schwingung erzeugt wird, daß die Spannung amKondensator (5) durch Null geht, so daß der gesteuerte Gleichrichter (11) trotz der Störung wieder stromlos wird, und daß der Schwingung eine Spannung entnommen wird, welche die Impulse des Generstorkreisea hindert, den gesteuerten Gleichrichter (.11) zu erreichen. . ■
    ?. Verrichtung nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß in die VerMndungsleitiing vom Eingangsfilter (43,44) .zun"" Wechselrichter ein Transformator '(4.6) aufgenommen ist, wo- >«i die vo- der Schwingung im Transformator erzeugte Spannttrift über,«Ine Zener-Diode (f7) cwisclaen den Generator und dem gest^'^rten Gleichrichter (45) angelegt wird.. (Fig;. ?). , - :
    ^. Vorrichtung nach Anspruch :1',-. dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (5) des Eingangsfilters durch eine Reihen-'feun^ °iner: Diode (37) und eines zweiten Kondensators überbrückt ist, wobei der zweite Kondensator (31) in
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    . den Generatorkreis aufgenommen und durch einen Widerstand (36) überbrückt ist (Fig. 1).
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet.
    daß sich der zweite Kondensator (31) im Ausgangskreis des Generators befindet, und zwar in einer Verbindung zwischen der Steuerelektrode (A,C) und der Katode (B) des gesteuerten Gleichrichters.
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DE19671613859 1966-01-25 1967-01-21 Schutzschaltung für einen Wechselrichter Expired DE1613859C3 (de)

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