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"Vorrichtung zum Umrichten einer Eingangsspannung in eine bestimmte
Ausgangsweohoelepannung" Die :Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Uurichten
einer Eingangsspannung in eine bestimmte Ausgangswechselspannung, bei der zwei in
Reihe an die Eingangsspannung angeschlossene Transiatoren niit einem Mittelpunktleiter
verbunden sind und von einer Steuereinrichtung abwechselnd in den Leit-und den Sperrzustund
überführt werden, wobei die Resultierende der dabei durch den Mittelpunktleiter
und durch die daran angeschlossene Primärspule einen Ausgangstransforma.v tore fließenden
Ströme dem Verlauf des gewünschten ju3gangewech:;elstrrmee entspricht.
Es
ist bekannt, Gleichspannungen nach dem sog. Schaltverfahren in
Wechselströme um:uformen. Dabei werden geeignete
Stromtor, bevorzugt
jedoch Leistungstransistoren, abwechselnd kurzzeitig in den Leit- und
in den Sperrzustand Uberführt. Dabei wird beispielsweise die zeitliche
Dauer des
Sperrsustandee sowie den Zeitzustandes gesteuert, und
zwar derart, daß die Einechalt- und die Ausschaltdauer
beim
9tromnulldurohgang den Äusgangsweeheelstromes gleich groß
sind,
während bei der positiven oder negativen Halbwelle des lkusgangswech,elstromes
bzw. der Ausgangswechselspannung jeweils die Ein"chaltdauer des betreffenden
Transistors die
Sperrdauer in bestimmter gesteuerter Weise Uberwiegt.
Da-
durch wird die Resultierende der Einzelströme in Frequenz-
und
Kurvenverlauf dem gewünschten Ausgangswechselstrom bzw.
der gewänGchten
Ausgangswechselspannung angenähert.
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Bei den bekannten Vorrichtungen
der eingangs genannten Art
sind
wenigstens zwei Stromtore bzw. Transistoren erforder-
lich, von denen der
eine Während
der positiven und der andere
während
der negativen Halbwelle
arbeitet. Heim
Stromnull-
durchsang, d.h.
also bei Umkehrung
der Spannunge-
und Stromrichtung, ist auch eine Umsteuerung der arbeitenden
Transis-
toren erforderlich, welche
bei den bekannten Vorrichtungen
die Schaffung besonderer Schalteinrichtungen erforderlich
macht.
Aufgrund dieser Schaltvorrichtungen
werden die bekann-
ten Vorrichtungen
außerordentlich
aufwendig und kompliziert.
Auyerdem
ergibt sich daraus,
ein
weiterer wesentlicher Nachteil
der bekannten Vorrichtungen,
der darin $u
sehen ist, daB
Strom und Spannung
des erzeugten
Ausgangsweehseletromee bßW.
der Ausgangawecheelspannung
in der Praxis
niemals in Phase sind.
Infolgedessen können
Strom und Spannung
beim Nulldurchgang
entgegengesetzt gerichtet sein. Die bekannten Vorrichtungen
körnen aufgrund ihres Aufbaues trotz aufwendigster
Maßnahmen
nicht dafür sorgen, dafbeim Nulldurchgang der Spannung entgegengesetzt gerichtete
Ströme weiterfließen können, vielmehr werden Teile der Strome durch die sperrenden
Stromtore bzw. Halbleiter abgeschnitten. Die in vielen fällen der j,raxis erforderliche
Energiebremsung bzw. fnergierückspeisung ins Netz ist auf diese Weise nicht anwendbar.
Außerdem ergeben sich durch derartigere relativ verzerrte Wechselströme.
| ye Qualität des j eugten Ausgangswechselspannung und des |
aufgrund dieser Spannung fließenden husgargewechnelatromes ist u.a. von der Schaltfolge
der einzelnen Stromtore bzw. Transistoren abhängig. Das heiß t, in der Praxis sind
die Kurven drs Ausgangswechselstromes und der Ausgangswechselspannung um so glatter
und idealer der gewünschten äinusform angenähert, je kürzer die Einschult- und Ausschaltdauer
der Transistoren oder Stromtore ist, d.h. um so höher die 'Schaltfrequenz ist. Bei
bekannten mit @'tromtoren, Quecksilberdampf oder Gasgleichrichterröhren ausgerüistete
Vorrichtungen lassen sich keine hohen Schaltfolgen erreicLen, weil, konstruktiv
bedingt, eine gewisse Löschzeit und Lntionisienin;szeit erforderlich sind, bevor
ein neuer Leitzustand eines derartigen Stromtores zugelassen werden kann.
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.s ist auch bereits bekannt, eine Wechselrichtung eines @aleichstrolies
vorzunehmen, indem dieser grob 2:erhack v und
durch Resonanzschwingkreise
geleitet wird. Der Nachteil
von Resonansschwingkreisen besteht
darin, daß die Schwingkreiselemante für die normale Ausgangsleistung
ausgelegt
werden müssen. Außerdem verändern sich jedoch Prequenu
und
Amplitude des Ausgangewechseletromes und der liusgange-Wechselspannung
in Abhängigkeit von der Belastung. Es sind daher bei derartigen
Torrichtungen zum Wechselrichten eben-
falls aufwendige Steuer-
und Regeleinrichtungen erforderlich.
Die bisher weit verbreiteten Maschinen-
oder Rotationeum-
Former sind sowohl wegen den Bauaufwandes als
auch wegen
des hohen Wartungsbedarfes derartiger Einrichtungen
uner-
wuns cht . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art so auszubilden, da(? sie wahlweise
zum Wechsel-
oder Umrichten einer Eingan gaspanrung verwendet
werden kann,
wobei bei einfachem Aufbau und bei einfacher Steuerung eine hohe Qualität
des erzeugten Ausgangsstromes
bzw. der Ausgangswechselspannung
bei der Möglichkeit belie-
biger Phasenlage von Ausgangsstrom
und -spannung und`der Möglichkeit von Energieruckspeisung
erreich t werden soll.
Zur Lösung der torgenannten Aufgabe kennzeichnet
sich die
einleitend bezeichnete Vorrichtung erfindungegemgß dadurch,
daß jedem Transistor eine Diode in Gegenparallelschaltung
zugeordnet
ist und dafl die Transistoren von der Steuereinrichtung bezüglich der Einschaltdauer
ständig gemeinsam angesteuert, jedoch ausschließlich alternativ in den Zeitzustand
überführt werden derart, daB der eine Tran, sistor leitend wird, wenn die
erzeugte Wechselspannung mehr positiv werden soll, d.h. mehr in positiver Richtung
steigen oder weniger stark in negativer Richtung fallen soll, während
der andere Transistor leitend wird, wenn die er-
zeugte Ausgangewechselapannung
mehr negativ werden, d.h. stärker in negativer Richtung steigen oder weniger stark
in positiver Richtung fallen soll, während sich der Strom abhängig von der Phasenlage
des Ausgangewechselstromen unabhängig von der @3teuereinrichtung den jeweils
erforderlichen Weg über einen Transistor oder eine Diode sucht. Bei der neuen Vorrichtung
wird durch die Bildung von Transistor-Diodenpaa--ren zunächst infolge
der bekannten Eigenschaften derartiger Schaltelemente gewährleistet, daß
hohe Schaltfrequenzen erreicht werden können. Im Mittelpunkt-. leiter liegt eine
Induktivität. Infolge dieser Induktivität wird während den Leit:uatandea
einen Transistors Energie im »gnetiechen Feld dieser Induktivität
gespeichert, welche
beim Abschalten den betreffenden Transistors die
Ursache dafür ist, daß auch nach dem Abschalten vorübergehend ein
Strom durch die Induktivität fließen kann, welcher jedoch
seinen
Weg dann duroh die Diode nimmt, die in Gegenparallel-
eehaltung
dem anderen Transistor zugeordnet ist. Diese
Schaltungsanordnung ermöglicht
sehr hohe Schaltfolgen. Dadurch jedoch, daß erfindungsgemäß die Umschaltung
von
einem Transistor auf den anderen nicht, wie bei den bekennten Vorrichtungen,
abhängig von Stromnulldurchgang oder
Spannungsnulldurchgang des erzeugten
Ausgangsstromes bzw.
der erzeugten Ausgangsspannung gemacht
wird, sondern in Abhängigkeit davon 'vorgenommen wird, ob sich
die momentane Ausgangespannung in Richtung auf kleinere b-,w. negative
Werte hin oder in Richtung auf größere baw. positive @ilerte hin
verändern soll, und außerdem ständig beide Transistoren
bezüglich
der Dauer der Einschalt- und der Sperrzeit gemein-
sam angesteuert
werden, ergibt sich zunächst ein sehr einfacher Aufbau der Steuereinrichtung,
darüber hinaus aber die
Voraussetzung dafür, daß sich Strom und
Spannung während des
Nulldurchganges in beliebiger Phasenlage
befinden können.
Dadurch, daß ständig beide Transistoren angesteuert werden
und
auch leitend gemacht werden, kann sich der Strom jeweils
unabhängig
von der rhasenlage den erforderlichen Weg durch einen Transistoroder
die dem anderen Transistor zugeordnete Diode suchen. Es
ist dabei-durch geeignete Auslegung der
Steuereinrichtung lediglich
dafür au sorgen, daß beim Umschalten von einem auf den anderen Transistor
eine Verriegelung gewährleistet ist, d.h. es muß siehergestel
lt werden, daQ nicht beide Transistoren gleichseitig in den
Leitsuetand
überführt werden. In einem solchen Falle würde nämlich
die Eingangsspannung über beide Transistoren kurzgeschlossen werden. Die Verwirklichung
derartiger Verriegelungen ist jedoch steuerungstechnisch mit geringem Aufwand möglich.
FUr sehr hohe Belastungen und hohe Anforderungen ist eine weitere Ausbildung der
neuen Vorrichtung geeignet, die sich dadurch kennzeichnet, daß vier Tranaistor-Diodenpaare
vorgesehen sind, die, bezogen auf die Induktionsspule, zwei diagonale Strompfade
bilden. Dann wird zur ezeuguhg eines sinusförmigen Ausgangswechselstromes bzw. einer
sinusförmigen Ausgang ewechselspannung mit hoher Qualität im Mittelpunktsleiter
eine vorzugsweise aus zwei symmetrischen Teilen bestehende Induktionsspule vorgesehen,
wobei die beiden Spulenteile über die Primärspule des Ausgangstransformators
und einen Parallelkondensator verbunden sind. Eine in bexug auf die Ausgestaltung
der Steuereinrichtung bevorzugte Weiterbildung der neuen Vorrichtung kennzeichnet
sich dadurch, daß die Steuereinrichtung die Ausgangsspannung, eine durch ein RG-Glied
gewonnene integrierte Größe der Ausgangsspannung, ein Rückkoppelungssignal sowie
eine getrennt erzeugte Soll$pannung, die die gewünschte Frequenz und Kurvenform
aufweist, miteinander vergleicht. Durch den Vergleich dieser grüßen werden Steutrsignale
gewonnen, die zur Bestimmung der Schaltfrequenz usw. dienen.
Die
nwue Vorrichtung ist sowohl als Wechselrichter als auah,als Umrichter
verwendbar. Bei Verwendung als Umrichter empfiehlt sich nach einer
weiteren Ausgestaltung, daß die
Eingangswechselspannung aber Gleichrichter
an die Traneis toren gelegt wird: und gegebenenfalls die Sekundärspannung
des
Ausgangetraneformatore als Korrekturspannung zur Eingangeweehselapannung
hinzugefügt wird, um die Resultierende bei-
spielaweise unabhängig
ton Schwankungen der Eingangsspannung konstant zu halten. Die Regelung
baw. Umformung einer Ein-
gangewechselgröße in eine bestimmte Ausgangswechselgröße
wird dadurch mit sehr geringer Leistung und mit geringem
Aufwand
möglich. Eine weitere Ausgestaltung der neuen Vorrichtung kennzeich-
net
sich dadurch, dal zum weoheelrichten einer Gleichspannung
in eine mehrphasige Ausgangswechselspannung wie z.H. für
Drehstrom
oder zum Unrichten oder Regeln mehrphasiger Wechselspannungen jeweils
wenigstens zwei, vorzugsweise vier
Transistor-Diodenpaare je Phase
der Ausgangsspannung torge-
sehen sind, denen entsprechende Spulen
eines gemeinsamen oder jeweils die Primärspule eines aus Einzeltransformatoren
gebildeten Ausgangstransformators,eowie entsprechende Kon-
densatoren
und Induktionsspulen zugeordnet sind.
Ein Ausftihrungsbeispiel
der neuen Vorrichtung ist in den
Zeichnungen in Schaltbildern dargestellt.
rig.
1 zeigt das vereinfachte Schaltbild des Hauptarbeitskreises der neuen Vorrichtung.
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Fig. 2 zeigt ein Spannungs- und Stromdiagramm, welches die
Arbeitsweise der neuen Vorrichtung erkennen läßt. fig. 3 stellt ein Blockachaltbild
der Steuereinrichtung dar. Fig. 4 zeigt ein Strondiagramm, welches die Arbeitsweise
der
Steuereinrichtung gemäß pig. 3 erkennen läBt. Fig. 5 zeigt
die Vorrichtung gem. Fig. 1 bzw. den Hauptarbeitskreis der Vorrichtung bei
Verwendung als Wechselspannuags-Regulator.
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Fig. 6 zeigt das Schaltbild der gesamten, aus Hauptstronkreis und
Steuereinrichtung bestehenden Vorrichtung. Fig. 7 zeigt das vereinfachte Schaltbild
gem. Fig. i bei Ausbildung der Vorrichtung als Wechselrichter ztxm Erzeugen
einer dreiphasigen Ausgangawecheelapannung. Es wird nun zunächst auf 24 1
Bezug genommen. Als `:ymbol für eine Eingar gsatromquelle, die im
gezeigten Beispiel eine Gleichspannung liefert, ist eine Batterie 101 dcrgeutellt.
Zw
isnhen einen von dieser Batterie gespeisten Eingo=:geleiter 115 für positives
Potential und einem zweiten ;#;wnangsleiter 116 für negatives rotential
sind zwei Transistoren
102 und 103 in Reihe geschaltet. In der Mitte der Reihenschaltung
dieser Transistoren ist ein Mittelpunktleiter oder Mittelpotentialpunkt
113 vorgesehen. Durch eine in Fig. 1
nicht gezeigte Steuereinrichtung
werden die Schaltzeitpunkte, während welcher die beiden Transistoren 102
und 103 leitend
oder gesperrt sind, so gewählt, den zum Zeitpunkt
den Nulldnrehgsnges der zu erzeugenden Weohselapannung der
Mittelpnnktleiter 113 etwa gleich lang positiv wie negativ ist, so
das zieh nach Filterung und Siebung ein potential
ergibt,
dessen Größe in der Mitte zwischen den potential
den Eingangsleiters 115 und 116 liegt. Werden die positiven bsw.
negati-
ven Einschaltintervalle der 2ransistoren länger bzw,
kürzer gemacht, so ergibt sich ein Mittelwert, der positiver ist,
umgekehrt ergibt sieh ein Mittelwert, dessen Größe negativer
ist.
Die Steuereinrichtung wählt die Schaltzeitpunkte und die Schaltdauer so,
dag der sich ergebende Mittelwert der
in Fig. 2 gezeigten
Sinuskurve möglichst ideal folgt. Diese Sinuskurve kann naturgemäß nicht
exakt erreicht werden, wenn
nicht ein vertretbarer Aufwand an lilterelementen
Uberschrit-
ten werden soll. .-JA ergibt sich in der Praxis
eine Kurren.. form in Gestalt einer Wellen- oder Zickzacklinie, die sich
um
die ideale `iinuskurve herum erstreckt. Die Annäherung an
die
Idealform der Sinuskurve ist um so größer, je höher die Schaltfrequenz ist und je
größer der Aufwand an Filtergliedern wird. In ähnlicher Weise wie die
Transistoren 102 und 103 sind
auch zwei weitere Traneietoren
105 und 104 zwischen die
Leiter 115 und 116 und
einen Potentialmittelpunkt 114 geschaltet, Auch diese Tranaietoren
105 und 104 werden von
der nicht gezeigten Steuereinrichtung
geschaltet, jedoch so geschaltet, daß an dem Potentialpunkt 114 den Mittelpunktleitere
113 jeweils die entgegengesetzte Polarität wie
am Potentialpunkt 113
herrscht. Das bedeutet in der Prazie, daß zwischen den Potentialpunkten 113 und
114 eine Sinusspannung der doppelten Amplitude entsteht. Als Siebglied ist in den
Mittelpunktleiter zwischen die Punkte 113 und 114 eine Droaselepule 110 geschaltet,
die aus Symmetriegründen aus zwei Teilspulen zusammengesetzt iet, welche durch einen
Filterkondensator 111 voneinander getrennt sind. Die gefilterte Wechselspannung
liegt danach am Filterkondensator 111 an. hie wird jedoch durch die Anachlu0klemmen
in die Primärspule eineu AusgangstranaDrmators 112 eingeleitet und kann dort an
den Auagangsklemmen 117 der Ausgangs-oder Sekundärspule abgenommen werden. Der Ausgangstransformator
112 dient einerseits dazu, die gewünachte ipantung der i,uugengswechselapannung
zu erzeugcn und : rdcrcracita bell
Hauptkreis der neuen
Vorrichtung galvanisch vom Last-
kreis zu trennen.
Die beiden
an den Mittelpunkt 114 angeschlossenen Tranaie toren 104 und
10$ können swecks Vereinfachung der Steuerstroakreiae bei Vorrichtungen,
die lediglich für geringen Leistungsbedarf ausgelegt eiad"
weggelassen werden. An ihre stelle treten dann Kondensatoren 1'i8
und 119, die in Pia. 1
seitlich neben dem Schaltbild
dargestellt sind.
Die Transistoren 102 und Q04 sowie 103
und 105 werden von
der Steuereinrichtung ge»ineam und jeweils
gleichsinnig
gesteuert.
Die Steuereinrichtung ist eo
ausgelegt, daß sie die Tran-
sistoren 102, 103, 104 und 105@unabhängig
von der Phasenlage
des Ausgang sstraaes zur Ausgangsspannung
"richtig" steuert,
(denn beispielsweise (Pig. i) der Transistor 102 leitend
ist,
und zwar vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 (Fis. 2),
dann
ergibt sich ein Stromanstieg bzw. ein Stromfluß in Richtung des i'feiles
120 in Fig. 1 bzw. entsprechend dem Kurvenstück 121 in Fig.
2. Die Steuereinrichtung schaltet den Tran-
sistor 102 zum
Zeitpunkt t1 ab. Die Drossel- bzw, induktionespule 110 erzwingt
jedoch aufgrund der bekannten physikali-
schen Gesetze ein Weiterfließen
des :,tromes. Diesen W'eiterfiuß des :7tromes kann jedoch
der Transistor 103 nicht ermiIg..
lachen; denn er ist nur
für Strom in entgegengesetzter
Richtung durchlässig. Der Strom wird
daher tiber eine
Diode 107 aufrechterhalten, die in Gegenparallelschaltung
zum Transistor 103 angeordnet ist. Dadurch wird der
Mittelpunktleiter
113 auf das Potential des Eingangsleiters 116 gebracht
(n.Fig. 2). Bis zum erneuten Einschalten oder
Leitend-Werden des Transistors
102, und zwar zum Zeitpunkt
t2, führt die Diode 107 Strom. Die
Größe des Stromes sinkt jedoch ab, weil die in der Induktionsspule
110 während des Stromanstieges bei leitenden Transistor gespeicherte
Energie allmählich aufgebraucht wird (Kurve 122 in JU. 2). Ent-
sprechende
Aufgaben, wie die Diode 107, erfüllen weitere
Dioden 106, 108 und
109, die den entsprechenden Transistoren
in Gegenparallelschaltung zugeordnet
sind. So arbeiten
während der negativen Halbwelle der zu
erzeugenden Sinus-
spannung beispielsweise der Transistor
103 und die Diode 106 auf der linken sowie der Transistor
105 und die Diode
108 auf der rechten Seite zusammen.
Die Steuereinrichtung
wählt die Zeitpunkte der ümachaltung von einem dieser Transiator..Diodenpaare
zum anderen als eine
Funktion der Sinuakurge der Spanneng.
Wenn die an den Ausgai:geklemmen 117 des Transformators
112 angeschlossenen Ein-
richtungen eine Masche Belastung verursachen
und der Magnetieterungestrom dieses Auegangetranetormatorn
112 vernachlässigt werden kann, dann sind Strom- und Spannungskurve
des
Ausgangsstromes in Phase. In der Prazie
tritt dieser
seltene Sonderfall. jedoch nicht ein,
sondern Strom und
Spannung sind je nach herrschender induktiver
oder kapassitiver Belastung zuweilen entgegengerichtet und
es kann
Leistung vom Verbraucher ins speisende Netz, beispielsweise
die Batterie 101, zurückfließen.
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Im Gegensatz zu allen bisher bekannten #uetührnngsf
ormen von Wechsel- bsw. üsriohtern wist bei der geneigten Vorrichtung
eine ständige Steuerung beider Transistorenpasire in der Weise
vorgenommen, dat das Transistorpaar 102 und 104 in den heit-
und das paar 103, 105 in den Sperrzustand überführt wird, sobald
die Ausgangsspannung in positiver
Richtung zunehmen bsw. in negativer
Richtung abnehmen soll.
Aufgrund dieser Arbeitsweise kann
sich der Strom dann die
je nach Richtung bzw. Art
der Belastung richtige Richtung selbst wählen. Das heißtt Der
Strom fließt entweder über die
Transistoren 102 und
104 oder über die Dioden 10? und 109,
bzw. über die Transistoren
103 und 105 oder über die Dioden
106. und 108.. während des
entgegengesetzten Schaltzustandes. Die während diesen Etromflusses jeweils
-nacht benötigten oder nicht erforderlichen oder stromführenden Transistoren
verursachen keine Störungen, und zwar auch dann nicht,
wenn
sie durch die zugehörige Steuereinrichtung in den Leitzustand
überführt worden sind, weil während dieses Zeitpunktes die
jeweils
zugeordnete, in Gegenparallelschaltung angesehlosse-
ne
Diode, beispielsweise 107 am Transistor 103, eine geringe
entgegengesetzt polarisierte Spannung (Durch-
laßspannungsabfall der
betr. Diode) an Kollektor und Emitter den betr. Transistors legt. Die Steuereinrichtung
muß lediglich so ausgebildet werden, daß während der Umschaltung vom
einen auf das andere Transistorpaar nicht
vorübergehend zwei in
Reihe liegende Transistoren gleichzeitig leitend sind. Das w tirde nämlich
einen Kursschluß zwischen den Eingangsleitungen 115 bsw.
116 ergeben. Das bedeutet: Die Steuereinrichtung muß so ausgelegt
werden, daß
sie entweder das Tranaistorpaar 102, 104 oder das Eaar
103,
105 leitend macht, robei während dem Leitzustand
des einen
Transistorpaares der Sperrzustand des anderen herrschen muß und
zwischen dem Umschalten der Transistoren eine Sicherheitspause liegen muß,
die Kurzschlüsse ausschlieet. 1.ufgrund dieser Ausgestaltung der Yorrichtung bzw.
Art der Steuerung wird die Umrichtung von Eingangsströmen oder -Spannungen bei jeden
möglichen Leistungsfaktor vorgenorimen, ohne daß die aufgrund des Leistungsfaktors
in das Ausgang3-netz zuriickfl.ießende Energie, wie etwa bei bekannten Vorrichtungen,
vernichtet werden muL. Um diese gewUnachte Arbeitsweise der Vorrichtung zu erreichen,
arbeitet die @;teuereinrichtung wie folgt: Die jeweils
erzeugte
@nrgax@gsweohselepenn@ang wird mit einer Bezugs-. große, d.h. einer
Sollspannung, verglichen. Kind solche
Sollspannung kann beispielsweise rot
einem Sinuagenerator geringer Leistung und mit der gewäneohten
Prequens und
ggfe. regelbarer Amplitude geliefert werden.
Die 8tenereinrichtung wird nun so aasgebildet, daß bei einer
bestirnten Abweichung der Anegangespannung ton der Sollspannung in
einer Richtung von des einen auf das andere Transistorpaar umgeschaltet
wird. Die Sohaltfrequeas und damit die Genauigkeit,
mit welcher sich die Ausgangsspannung der Sinusform annähert,
ist tue so größer, je kleiner der wert der Abweiohung
ist, bei dem der Schaltvorgang ausgelöst wird. Wor-»lerwelse wird
die Schaltfrequenz durch die Siebglieder beeinträchtigt,
deren Punktion wiederum von der Belastung ab»
hängt. Durch
eine äondensatorbelastung wird die Siebung verbessert und es vergeht daher
längere Zeit, bis die er-
zeugte Ausgangswechselspannung
von der Sollspannung um den
Betrag abweicht, bei dem eine
Schaltung vorgenommen werden muß. Das bedeutet in der Praziss Die
Sohaltfrequena der
Transistoren wurde langsamer werden. Die neue Vorrichtung
ist daher besüglich der Steuereinrichtung so ausgebildet,
daß die Schaltfrequenz von der last unabhängig wird. Diene
Arbei teweine wird dadurch erreicht, daß die »gefilterte Ausgangsspannung
durch ein 20-glied, bestehend aus eine= Widerstand 123 und
einen Kondensator 125 (#ig. 1), zunächst integriert wird. Bin
vorgeoohalteter Konderr ator 124 hält
dabei Gleichapannungsanteile
zurück (s.such Fig. 6). Ein Blockschaltbild der Zteuereinriehtung 130 ist in 74-3
dargestellt. Die Steuereinrichtung 1>0 erhält folgende
Werte
zugeführt: Zunächst die von einem sinuegenerator 'i26 erzeugte Sollspannung.
Zweitens die erzeugte Ausgangewechaelspannung, die von einer Hilfewicklung
127 des Ausgaragstransformators 112 abgenommen wird. Außerdem
wird die integrierte, nicht gefilterte Ausgangsspannung, die am Kondensator
125 anliegt, aufgenommen. Schließlich wird über einen geeigneten Widerstand
128 ein Räckkoppelungesignal in die Steuereinrichtung 130 eingespeist.
Die Steuereinrichtung vergleicht die eingespeisten Signale miteinander. Dabei wird
zunächst bei steigender Spannung am Kondensator 125 (Kurve 129 1n Fig. 4)
allmählich der durch die Linie 131 definierte Wert erreicht. Bei Erreichen
dieses Wertes schaltet die Steuereinrichtung 130 um, derart, daß das
andere Transistorpaar in Betrieb genommen wird. Dadurch sinkt die
Spannung a= Kondensator. Mit der Umschaltung wird aber zugleich auch das Rückkoppelungs$ignal
geändert, wodurch die nächstfolgende Umschaltung bei einem tieferen Wert,
nämlich einem Wert, der
durch die Linie 132 in Pig. 4 definiert
ist, vorgenommen wird. Der neue Schaltzustand bleibt demzufolge solange
erhalten, bis die Spannung am Kondensator 125 bis auf den durch
die Linie 132 definierten Wert abgesunken ist. Das bedeutet,
daß
die Steuereinrichtung durch geeignete Bemessung des Integrationsgliedes,
nämlich des Kondensators 125 und des vor-
geschalteten
Widerstandes 123 einerseits und durch ent-
sprechende Wahl der Größe
des Rückkoppelungenignalee anderefraeits allein die Schaltfrequenz
bestimmt und dater nicht von der äußeren Belastung abhängig
ist. $s ist also
möglich, die Welligkeit der Ausgangswechselspannung,
die
an Transformator bzw. der Hilfewicklung 12'j abgenommen
wird, vernachlässigbar klein $u gestalten. In Fig.
5 ist die Vorrichtung gen. Fig. 1 in der Abwandlung
dargestellt, die zur Stabilisierung einer weaheelspannting geeignet
ist. Bei dieser Verwendung der Vorrichtung ist anstelle
der Batterie 101 ein Gleichrichter 133 vorgesehen,
der mit einen
Siebkondensator 134 zusammenarbeitet, um eine
Eingangswechselspannung
135, welcher die Sekundärspannung des Ausgangstranstrmators
112 hinzugefügt wird, in den von
der neuen Vorrichtung verarbeitbaren
Gleichstrom umzuformen. Die neue Vorrichtung wirkt nunmehr in der weise,
daß über
den Transformator 112, und zwar über dessen Primärwicklung,
eine Korrekturspannung zur Eingangsspannung 135 hinzugefügt
wird, so daß eine Ausgangsweohselapannung 136 erhalten wird.
Die
Korrekturspannung richtet sich wiederum nach den Abwei-
chungen,
die durch Vergleich mit einer Sollspannung ermittelt werden. Bei dieser
Ausführungsform wird jedoch die Soll-
spannung nicht mit der Bekundgrspannung
den Transformetore 112, sondern mit der gesamten Ausgangsspannung
136 vergli-
chen. Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltung
der Vorrichtung besteht darin, daß sie nur für einen kleinen
Teil ` der wirklichen Durchgangeieistung ausgelegt werden muß
und nicht wie ein normaler Unriehter fair die gesamte Isei$tung. Bevorzugt
wird der Transformator 1'f2 mit zwei wahlweise in Reihe oder parallel
schaltbaren Sekundärwicklungen verse-
hen, damit bei
Reihenschaltung ein bestimmter Bereich der
Eingangeapannungsaehwankungen
bei einen bestimmten Strom
und bei Parallelschaltung
der halbe Bereich bei doppelten
Strom geregelt werden kann. In der
Pig. 6 ist das Schaltbild einer praktisch verwirklichten Ausführung
der neuen Vorrichtung gezeigt. Bei dieser
Vorrichtung wird ib
er die älemfin 1 und 2 Gleichspannung zugeführt. Die Rückwirkung
der Vorrichtung, die in diesem
falle als Wechselrichter arbeitet,
auf das Gleichspannungs-
netz wird durch Eingangsdrosselspulen 3 und
4 sowie Konden-
satoren 5, 6 und 7 in zulässigen Grenzen gehalten.
Es sind
in diesem Schaltbild die bereits in den vorgenannten
Figuren verwendeten Bezugseichen für entsprechende bzw. gleiche
Teile
wiederverwendet worden. Auf die Wiederholung der Ausgestaltung
des Haupt- oder Arbeitskreises, der aus den Transistoren
102, 103, 104, 105 und den Dioden 106s 10'j, 108 und 109
gebildet wird, bann versichtet werden. Die Punktion und
dor
Aufbau der Steuereinrichtung 130 läßt sich jedoch aus ter Fig.
6 sehr deutlich entnehmen.
Jedem der Transistoren
102, 103, 104 und 105, welche nicht
nur einzeln, sondern auch
aus mehreren parallelgeschalte-
ten Transistoren bestehen
können, ist ein Transistor 29,
30, 31 und 32 in Darlington-Schaltung
vorgeordnet, damit-
der Bedarf an Steuerstrom kleingehalten werden
kann. Die
Basis des Vorschalttraneistors 29 erhält Strom aus
dem Kon-
densator 30 über einen widerstand 31. Der Strom kann
jedoch
mittels eines weiteren Transistors 32 der Basis
entzogen
werden, sobald dieser Transistor 32 leitend ist. Den Basis-
Strom
erhält der Transistor 32 über einen Widerstand 33.
Nur ein kleiner
Teil dieses Stromes fließt über einen Wider-
stand 34 ab. Mittels eines
weiteren Transistors 35 kann der gesamte üben den Widerstand 33 f
ließeiäde Strom abgelei-
tet werden, wodurch dann der Transistor
32 gesperrt wird
und nunmehr der gesamte über den Widerstand
31 fließende
Strom zur Basis des Transistors 29 fließt
und auf diese
Weise dafür sorgt, daß der Transistor 102 sowie der
Tran-
sistor 29 leitend werden. Wird der Transistor 35 gesperrt,
dann
Wird der Transistor 32 leitend und entlädt die Basis
des Transistors 102 über
eine Diode 36, unterstützt durch
Widerstand 37. Entsprechende Schaltelemente
sind allen an-
deren drei Transistoren 103, 104 und 105 zugeordnet. Auch
bei
diesen ist die Wirkungsweise die gleiche, die bereits
beschrieben
wurde. Der jeweilige Transistor, etwa der Tran-
sistor 102, ist
nur dann leitend, wenn auch der Transistor 35 Strom führt. 1n
entsprechender Weise saualten Transistoren
38,
39 und 4(? jeweils zugehörige Transistoren 103, 104
und 't05
dann in den Leitzustand, wenn sie selbst leitend
Die vier Transistoren
35, 389 39 und 40 Liegen mit der
Basis auf den Potential
den Eingangsleiters 116. Sie wer-
den über Emitterwiderstände
41 bis 44, die zur Strombegrenzung dienen, angesteuert.
Die Widerstände 41 uhd 42 sind dabei an einer Leitung
45 $ueamneugefaBt, während die Widerstände 43 und
44 an einer Zeitung 46 $usammengefaß t sind. Da-
durch werden
jeweils zwei in Schaltbild diagonal gegenüberliegende Transistorgruppen
gemeinsam gesteuert, und zwar entsprechend der Tatsache, daß sich
auch der Stromweg des Ausgangsstromes jeweils diagonal durch die
beschriebene Anord-
nung hindurchbewegt. Die beiden Leitungen 45
und 46 werden über Transistoren 47
und 48 abwechselnd
mit einer Zeitung 49 verbunden, welche an eine negative Hilfespannung
angeschlossen ist. Die Tran-$istoren 47 und 48 bilden zusammen mit
Widerständen 50 und 51 ein Plip-Plop, d.h. daß nur jeweils
einer der beiden
leitend oder stromführend sein tann. Durch
diese Anordnung ist die bereits einleitend erwähnte Verriegelung
gegeben,
durch welche verhindert wird, daß Transistoren
102 und 103
gleichzeitig stromführend sind und einen
Kurxechluß verur-
sachen. Zusätzlich sind jedoch noch weitere Transistoren
52
bis 55 vorgesehen. Gie werden paarweise Uber Leitungen 56 und 57 gesteuert,
welche den Leitungen 45 und 46
folgen, jedoch durch die eingeschalteten
Kondensatoren
59 und 58 eine Verzögerung bewirken. Ist einer
der Transistoren 52 bis 55 leitend, dann kann der zugehörige
Transiston 35s 38, 39 oder 40 keinen Strom führen, weil der erst-
genannte
Transistor den Emitteratrom vorbeileitet. So wird erreicht, daß
nach Abschalten einen des Leintungstraneistor.-
paares das andere erst mit
einer gewissen Verzögerung lei-
tend wird und damit die
gewünschte Sicherheitspause singe-. fügt ist. Die Transistoren
47 und 48 des Plip-Flops werden
von Transistoren 60 und 61 gesteuert.
8u deren Steuerung dienen Transistoren 62 und 63, die in Differentialschaltung
angeordnet sind. Während die Basis den Transistors
63 über
einen Widerstand 64 am Bingangepotential liegt, werden
an
der Basis des Transistors 62 über Widerstände
65 und 66 zwei
Spannungen verglichen, nämlich die zwischen eine
Klemme 67
und die Eingangsleitung 116 anzulegende 3o11- oder
Führungswechselsponiiung und die in der Hilfswicklung 12? des Ausgangstransformators
112 induzierte Auegangespannung. Je nach-
dem, welche der beiden
Spannungen überwiegt, werden die Transistonen 60 und 61 ein-
oder ausgeschaltet und auf diene Weise wird das Flip-Flop in
den einen oder anderen Zustand
umgestellt. Entsprechend dem
Schaltaustand des Plip-Flops wird die eine oder die andere
der beiden diagonal gegenUberliegenden Leis tungatrunaistorgruppen in
den Leitzustand
UberfUhrt. Es hängt lediglich ton der Stromrichtung
in diesen Iiauptstromkreis ab, ob eine betreffende Gruppe dieser Transistoren
auch tatsächlich Strom führt oder ob der Strom seinen Weg über die den Leistungstransistoren
parallelgeschalteten Dioden nimmt. Zur Bestirm!ung der Schaltfrequenz
dient ein Widerstand 128, der eine positive Rückkoppelung bewirkt. Nach jeder Umschaltung
des bedarf es einer ganz bestimmten Änderung des Fotentiales an der Basis des Transistors
62 bzw. der dort zusammenfließenden Ströme, bin eine Rückschaltung des Flip-Flopa
möglich ist. Zur Bestimmung der Schaltfrequenz wird den Transistor 62 über einen
Iiiderstand 92 die integrierte, nicht gefilterte Ausgangsspannung zugeführt. Erst
renn der Strom im Widerstand 92 eine Änderung erfahren hat, die ebenso groß ist
wie die Stromänderung im Widerstand 128, welche das Umschalten des Flip-Flops veranlaßt
hat, schaltet dieses auch wieder zurück, Auf diese weine ergibt sich eine einwandfreie
seitliche Bteuerung für die Umschaltung. Um sicherzustellen, daß an dem Iriittelpunktleiter
113 und dem Mittelpunkt 114 gleich große Gleichepannungamittelwerte er"eugt werden
und daß in Ausgangstransformator 112 bsX.
-
d aesel@ .Primärwicklung kein Gleichstromanteil fließt, durch
den
dieser Trawforaator Kate, vormagnetisiert oder ge-
sättigt würde,
dienen folgende Maßnahmen: Die Spannung, die zwischen diesen funkten
'i13 un .11t anliegt, wird durch Widerstände 759 ?6 und
einen Kondensator ?7 gefil-
tert. Widerstände 78 und
79 und Dioden 80, 81 dienen zur Begrenzung der Spannung. Zwei
in Differentialschaltung an-
geordnete Transistoren 82 und
83 werden über einen Wider-
stand 84 mit Esitteratrom versorgt
und greifen über die
Widerstände 85 und 86 korrigierend in die
Steuereinrichtung 130 dann ein, wenn die gleichspannungsmittelwerte
am Mittel-
Punkt 113 und 114 voneinander abweichen. Die Siebung
wird
durch Kondensatoren 86 und 87 gesteigert, während
das Poten-
tiometer bzw. der Widerstand 85 die Möglichkeit
schafft,
Unterschiede zwischen den beiden Transistoren auszugleichen.
Weitere Widerstände 88 und 89 bilden mit in Reihe liegenden
anderen Widerständen Spannungsteiler, um die en den Transis-
toren
82 und 83 anliegenden Spannungen au verringern. Der im vorstehenden
erwähnte Kondensator 30 erhält seine 5pan-
nung über einen Widerstand
90 aus der Eingangsleitung 115.
Diese Spannung wird mittels
einer Zenerdiode 91 begrenzt.
Bine entsprechende Anordnung von
Widerständen, Kondensatoren
und Zenerdioden ist such für den
Transistor 105 und dessen
Zubehör vorgesehen, während
die beiden anderen Transistoren 103 und 104 sowie das Transistorpaar
62, 63 von einer Hilfe-
leitung 93 mit Spannung versorgt
werden.
.die in Pig. 6 dargestellte und in vorstehenden
beschriebe-
ne Vorrichtung arbeitete in Versuch ohne jegliche weitere Hilfskreise
einwandfrei. Die gewählte mittlere Schaltfrequen$ betrug 10 kHz. In Fig. 7 ist das
Frinzipschaltbild für eine Weiterbildung der Vorrichtung gezeigt, die zum Weahselrichten
einer Gleichspannung in eine mehrphasige, in Beispiel in eine dreiphasige
Ausgangswechselspannung geeignet ist. En ist zu erkennen, daB je Phase wenigstens
zwei Traneistor-Dioden.Paare 102, 106; 103, 107, 102a,, 106a, 103a, 107a;
102b,- 10fib, 103b, 107b, sowie je ein Mittelpunktsleiter 113, 113a, 113b nebst
Induktionsspule 110, und Parallelkondensator 111 vorgesehen sind. Der Ausgangstransformator
112 ist entweder dreiphasig ausgebildet oder aus drei Einzeltransformatoren
zusammengesetzt. Analog zur Ausbildung der Vorrichtung nach Tig. 1 können
je Phase auch vier Transistor.-Diodenpaare verwendet werden. Je Phase
ist bei der Vorrichtung gem, ?1g. 7 eine Steuer-einrichtung 130 in der bereits
vorbeschriebenen Ausführung erforderlich. Zum Umrichten oder Regeln einer mehrphasigen
Wechselspannung ist anstelle der Batterie 101 in Pig, 7 ein analog
zur
®usgestaltuag der Vorrichtung gen. Zig.
5 suegebildeter nehrphaaiger Eingangekreie (Gleichrichter 133) vorsuseh8110