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Statischer Frequenzumformer
Die Erfindung betrifft einen statischen Frequenzumformer mit einer Leistungsgleichrichterstufe und einer Leistungsausgangsstufe zur Umformung der von der Leistungsgleichrichterstufe erzeugten Gleich- spannung in Wechselspannung vorgegebener Frequenz. Es sind hiebei sowohl in der Leistungsgleichrich- terstufe als auch in der Leistungsausgangsstufe gesteuerte Halbleitergleichrichter vorgesehen, die von 3einem ersten und von einem zweiten Zündstromkreis Impulse zur Zündung erhalten.
Bei Frequenzumformern dieser Art enthält die Leistungsausgangsstufe einen Ausgangstransformator, dessen Primärwicklung eine Mittelanzapfung enthält. Diese Mittelanzapfung ist mit dem einen Pol der
Gleichspannungsquelle verbunden. Die beiden Endpunkte der Primärwicklung sind über je einen gesteuer- ten Gleichrichter mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle bzw. dem Ausgang der Leistungsgleichrichterstufe verbunden. Zur Kommutierung sind die beiden Endpunkte der Primärwicklung weiterhin durch einen Kommutierungskondensator miteinander verbunden. Die Wechselstromausgangsleistung vor- gegebener Frequenz wird dabei der Sekundärseite des Ausgangstransformators entnommen. Die beiden ge- steuerten Halbleitergleichrichter, d. h.
Gleichrichter mit einer p-n-p-n-Halbleiterschicht, die eine Thy- ratroncharakteristik aufweisen, werden nun wechselweise gezündet. Jeweils nach der Zündung eines der beiden gesteuerten Gleichrichter wird der andere gesteuerte Gleichrichter durch die Kommutierungsspan- nung, die an dem Kommutierungskondensator liegt, zum Erlöschen gebracht. Der gesteuerte Wechsel der
Leitfähigkeit der beiden gesteuerten Gleichrichter entspricht dabei der Frequenz der abgegebenen Wech- selspannung.
Bei statischen Frequenzumformern der beschriebenen Art besteht jedoch die Möglichkeit, dass einer der beiden gesteuerten Gleichrichter im Falle einer stark kapazitiven Belastung an der Sekundärseite des
Ausgangstransformators nicht zum Erlöschen gebracht wird. Wenn dieser Fall eintritt, sind somit beide ge- steuerten Halbleitergleichrichter leitend, was innerhalb kürzester Frist zu deren Zerstörung führt.
Es ist nun das Ziel der Erfindung, einen statischen Frequenzumformer der beschriebenen Art zu schaf- fen, bei welchem eine Zerstörung der Halbleitergleichrichterelemente in der Ausgangsstufe nicht auftre- ten kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen statischen Frequenzumformer der genannten Art zu schaffen, bei welchem eine Zerstörung der Halbleitergleichrichter auch bei zu starker Belastung der
Sekundärseite nicht auftreten kann.
Der statische Frequenzumformer gemäss der Erfindung zeichnet sich nun durch einen Sicherheit- stromkreis aus, der als logisches Element ausgebildet ist und dessen Eingänge mit dem Eingang und mit dem Ausgang der Leistungsausgangsstufe und dessen Ausgang mit dem ersten Zündstromkreis verbunden sind, wobei das logische Element die Übermittlung von Zündsignalen zu den gesteuerten Gleichrichtern der Leistungsgleichrichterstufe dann und nur dann unterbindet, wenn die Spannung am Eingang der Lei- stungsausgangsstufe die Spannung an deren Ausgang um einen vorgegebenen Wert übertrifft.
Die Zeichnungen stellen im einzelnen dar : Fig. 1 das Blockschaltbild eines Frequenzumformers,
Fig. 2 die zur Zündung der gesteuerten Gleichrichter erforderlichen ZUndimpulsfolgen, bezogen auf die
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eingegebene Steuerspannung und Fig. 3 das Linienschaltbild des Frequenzumformers der Fig. 1.
In dem in Fig. 1 als Blockschaltbild gezeigten Frequenzumformer wird die Eingangleistung durch einen Transformator 10 mit der Primärwicklung 11 eingegeben. Die Primärwicklung 11 kann dabei direkt an das Netz von 220 V 50 Hz angeschlossen sein. Der Transformator besitzt drei Sekundärwicklungen
12,13 und 14. Die Sekundärwicklung 12 ist an den Netzgleichrichter A für die Leistungsstufe angeschlos- sen, die die eingegebene Wechselspannung gleichrichtet. Der Gleichrichter A enthält vier Trocken- gleichrichter in einer Allwegbrückengleichrichterschaltung, wobei zwei dieser Gleichrichter als gesteuer- te Halbleitergleichrichter ausgebildet sind.
Die an den Leitungen 15 und 16 erscheinende Gleichspannung gelangt zu der Leistungsausgangsstufe B, wo die Gleichspannung in eine Wechselspannung vorgegebener Frequenz umgewandelt wird. Die Wechselspannung erscheint an den Ausgangsklemmen 17.
Die Sekundärwicklung 13 des Transformators 10 speist den Zündstromkreis C. Dieser Zündstromkreis richtet die Eingangswechselspannung zunächst gleich und erzeugt eine Impulsfolge zur Zündung der beiden gesteuerten Gleichrichter in der Leistungsgleichrichterstufe A. Zur Zündung der gesteuerten Gleichrichter in der Leistungsgleichrichterstufe A gibt der Zündstromkreis C über die Leitungen 19 und 20 eine ununterbrochene Impulsfolge aus. Die Leitung 19 ist über die Widerstände 21 und 22 mit den Zündelektroden der beiden Gleichrichter verbunden.
Die gewünschte Frequenz der an den Klemmen 17 erscheinenden Spannung wird durch eine steuern- de Wechselspannung gegeben, die über die Klemmen 23 einem Transformator 24 zugeführt wird. Dieser Transformator 24 besitzt 2 Sekundärwicklungen 26 und 27, wobei die Sekundärwicklung 26 mit dem
Zündstromkreis C verbunden ist. Der Zündstromkreis C ist dabei so ausgebildet, dass er nur dannAusgangs- impulse über die Leitungen 19 und 20 abgibt, wenn an den Klemmen 23 ein Eingangssignal erscheint.
Fehlt an den Klemmen 23 und somit an der Sekundärwicklung 26 das Signal, gibt der Zündstromkreis C keine Impulse ab, so dass auch an den Leitungen 15 und 16 keine Gleichspannung erscheint. Eine Folge hievon ist, dass auch dem Netz, an welches die Primärwicklung 11 des Transformators 10 angeschlossen ist, praktisch keine Leistung entnommen wird, wenn an den Klemmen 23 keine steuernde Wechselspannung erscheint.
Die Sekundärwicklung 27 des Transformators 24 ist mit einem Zündstromkreis D verbunden, der die Zündimpulse für die beiden gesteuerten Gleichrichter in der Leistungsausgangsstufe B erzeugt. Die ZSnd- impulse für einen der beiden gesteuerten Gleichrichter in der Leistungsausgangsstufe B erscheinen zwischen den Verbindungsleitungen 30 und 29, die Zündimpulse für den zweiten gesteuerten Gleichrichter zwischen den Leitungen 31 und 29.
Der Frequenzumformer der Fig. 1 enthält weiterhin eine Sicherheitsschaltung E. Diese Sicherheitsschaltung ist einerseits mit den beiden Gleichstrom führenden Leitungen 15 und 16 und anderseits mit den Ausgangsklemmen 17 verbunden. Die Sicherheitsschaltung E bildet ein logisches Element, welches die Erzeugung von Zündimpulsen in dem Zündstromkreis immer dann für eine vorgegebene Zeit unterbindet, wenn an den Leitungen 15,16 eine Spannung steht, hingegen keine Spannung am Ausgang 17. Hingegen lässt das logische Element die Erzeugung von Zündimpulsen zu, wenn am Ausgang 17 eine Spannung erscheint, sowie dann, wenn sowohl an den Leitungen 15,16 als auch am Ausgang 17 keine Spannung auftritt.
Durch die Sicherheitsschaltung E wird daher bewirkt, dass die verschiedenen gesteuerten Gleichrichter nicht durch beispielsweise einen Kurzschluss an den Ausgangsklemmen 17 zerstört werden können.
Wenn während des Betriebes an den Eingangsklemmen 23 eine steuernde Wechselspannung mit in einem grossen Bereich beliebiger Frequenz erscheint, wird somit zunächst eine Gleichrichtung in der Netzgleichrichterstufe A und weiterhin eine Wechselspannung mit der eingegebenen Frequenz, die dann an den Klemmen 17 erscheint. erzeugt.
Zur Erläuterung der Aufgabe, welche die Steuerstromkreise C und D erfüllen, sei anschliessend auf Fig. 2 Bezug genommen. In Fig. 2a sei die den Klemmen 23 übermittelte, steuernde Wechselspannung in Abhängigkeit von der. Zeit t aufgetragen. Wenn die Spannung 23 zu dem Zündstromkreis C gelangt, wird eine Schwingung freigegeben, so dass eine regelmässige d. h. ununterbrochene Impulsfolge an den Leitungen 19 und 20 erscheint, wie dies etwa in Fig. 2h gezeigt ist. Die Impulsfolgefrequenz ist durch das Schwingsystem selbst gegeben und weitgehend unkritisch.
Die in Fig. 2b gezeigte Impulsfolge gelangt nun über die Widerstände 21 und 22 zu den beiden gesteuerten Gleichrichtern der Leistungsgleichrichterstufe A, wobei es bedeutungslos ist, dass diese Zündimpulse während beider Halbwellen aufrecht erhalten werden, u. zw. deswegen, weil Zündimpulse die gesteuerten Gleichrichter dann nicht beeinflussen können, wenn die Polarität der an der Hauptstrecke anliegenden Spannung der Sperrichtung der Gleichrichter entspricht.
In der Zündschaltung D werden zwei Impulsfolgen erzeugt, wobei die erste Impulsfolge der Fig. 2c
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beispielsweise nur in den positiven Halbwellen der steuernden Wechselspannung (Fig. 2a) und die zweite
Impulsfolge der Fig. 2d nur während der negativen Halbwellen der steuernden Wechselspannung (Fig. 2a) erscheinen. Die Spannung der Fig. 2c erscheint beispielsweise zwischen den Leitungen 29 und 30 und die steuernde Wechselspannung der Fig. 2d zwischen den Leitungen 29 und 31. Die Impulsfolgefrequenzen der Impulsfolgen der Fig. 2c und 2d ist wieder unabhängig von der Frequenz der Steuerspannung, muss jedoch über dieser liegen. Vorzugsweise ist diese Impulsfolgefrequenz einstellbar.
Die Wirkungsweise und der Aufbau der einzelnen Leistungs- und Steuerkreise soll anschliessend an
Hand von Fig. 3 mehr im einzelnen erläutert werden, welche ein Linienschaltbild des Frequenzumfor- mers zeigt. In der Zeichnung sind die Leitungen, die die Leistung übertragen, stark ausgezogen.
Wie bereits an Hand von Fig. 1 ausgeführt, ist der gezeigte Frequenzumformer so beschaffen, dass er an ein kommerzielles Netz von beispielsweise 220 V und 50 Hz angeschlossen werden kann. Zum An- schluss an das Netz ist der Transformator 10 vorgesehen, der neben der Primärwicklung 11 drei Sekundär - wicklungen 12,13 und 14 aufweist. Die Sekundärwicklung 12 ist an die Leistungsgleichrichterstufe A an- geschlossen, die die Halbleitergleichrichterelemente 35,36, 37 und 38 in Allwegbrückenschaltung ent- hält. Die Gleichrichterelemente 35 und 36 können normale Sperrschichtgleichrichter sein, während es sich bei den Gleichrichterelementen 37 und 38 um die erwähnten gesteuerten Gleichrichterelemente mit p-n-p-n-Halbleiterschichten handelt.
Die beiden gesteuerten Gleichrichter 37 und 38, die mit der Leitung 16 verbunden sind, die als der positive Pol der Gleichspannungsquelle aufgefasst werden kann, werden durch den Zündstromkreis C durch die erwähnte Impulsfolge derart gezündet, dass die Gleichrichterbrückenschaltung wie eine normale Brük- kenschaltung arbeitet. Bleiben die Zündimpulse von dem Steuerkreis C aus, kann keine Gleichspannung mehr erzeugt werden, so dass auch das an die Primärwicklung 11 angeschlossene Netz durch den Umfor- mer nicht mehr belastet wird.
Die beiden nicht gesteuerten Gleichrichterelemente 35 und 36 sind an die Leitung 15 angeschlossen, die den negativen Pol des gleichstromseitigen Ausganges des Gleichrichters darstellt. Zwischen den bei- den Polen bzw. den Leitungen 15 und 16 ist in bekannter Weise ein Glättungskondensator 31 vorgesehen.
Die Leitungen 15 und 16 führen die in dem Leistungsgleichrichter A erzeugte Gleichspannung der Leistungsausgangsstufe B zu, in welcher diese Gleichspannung in eine Wechselspannung mit vorgegebener Frequenz umgewandelt wird.
Die Leistungsausgangsstufe B enthält einen Ausgangstransformator 42, der eine Primärwicklung 43 und eine Sekundär- bzw. Ausgangswicklung 44 aufweist. Die Primärwicklung 43 besitzt eine Mittelanzapfung 45, welche die Wicklung 43 in die Wicklungsteile 43a und 43b aufteilt. Die den Pluspol der Gleichspannungsquelle darstellende Leitung 16 ist mit der Mittelanzapfung 45 der Transformatorwicklung 43 verbunden, während die den Minuspol der Leistungsgleichrichterstufe A darstellende Leitung 15 über eine Drosselspule 47 mit einer Leitung 48 verbunden ist, die an die Kathoden von zwei gesteuerten Gleichrichterelementen 50 und 51 angeschlossen ist. Die gesteuerten Gleichrichterelemente 50 und 51 sind im Prinzip gleich ausgebildet wie die gesteuerten Gleichrichterelemente 37 und 38 der Leistungsgleichrichterstufe.
Die Anoden der gesteuerten Gleichrichter 50 und 51 sind mit je einem Endpunkt der Primärwicklung 43 des Ausgangstransformators 42 über die Leitungen 52 bzw. 53 und Dioden 52a bzw. 53a verbunden. Schliesslich sind die gesteuerten Gleichrichter 50 und 51 durch je eine Serienschaltung aus einem Widerstand 50b bzw. 51b und einer Diode 50c bzw. 51c überbrückt. Die Anoden der Dioden sind dabei beispielsweise über eine Leitung 15a direkt mit der Leitung 15 verbunden. Zwischen den Leitungen 52 und 53 ist fernerhin ein Kondensator 59 eingeschaltet, der die Kommutierung bewirkt, wie dies nachfolgend mehr im einzelnen erläutert werden soll.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Endstufe sei angenommen, dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt der gesteuerte Gleichrichter 51 gezündet werde, so dass ein Strom in der Richtung des Pfeiles 51' fliessen kann. Der Strom fliesst dabei von dem positiven Pol des Gleichrichters, d. h. der Leitung 16, über den Transformatorwicklungsteil 43b, die Diode 53a, die Leitung 53, den gesteuerten Gleichrichter 51, die Leitung 48, die Drosselspule 47 und die Leitung 15 zu dem negativen Ausgangspol der Gleichrichterstufe. Der Strom fliesst somit in den mit II bezeichneten Stromkreis, wobei zufolge der mit dem Stromanstieg verbundenen Flussänderung in der Sekundärseite des Transformators eine Spannung induziert wird.
Gleichzeitig wird auch in dem andern Wicklungsteil der Primärwicklung, d. h. in der Wicklung 43a, eine Spannung induziert, so dass sich an den Enden der Gesamtwicklung 43 eine Spannung mit der Polarität ausbildet, die durch in Klammer gesetzte Zeichen (+) und (-) angezeigt ist. Entsprechend lädt sich auch der Kondensator 59 auf. Es ist somit zu ersehen, dass an dem zu diesem Zeitpunkt gesperrten gesteuerten Gleichrichter 50 in der Sperrichtung eine Spannung liegt, die der doppelten Ausgangs-
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spannung der Netzgleichrichterschaltung entspricht. Die steuerbaren Gleichrichter 50 und 51 müssen somit derart dimensioniert sein, dass sie dieser doppelten Spannung standhalten können.
Es sei nun angenommen, dass der Gleichrichter 50 gezündet wird, so dass dessen Widerstand in der Durchlassrichtung vernachlässigbar klein wird. An dem gesteuerten Gleichrichter 51 liegt, somit kurzzeitig die in dem Kondensator 59 gespeicherte Ladung, u. zw. in der Sperrichtung, so dass dieses Gleichrichterelement gelöscht wird. Da das gesteuerte Gleicbrichterelement 50 gezündet ist, fliesst ein Strom in den Stromkreis I, der die Leitung 16, die Primärwicklung 43a des Ausgangstransformators 42, die Diode 52a. die Leitung 52, den gesteuerten Gleichrichter 50, die Leitung 48, die Drosselspule 47 und die Leitung 15 umfasst. Es ist ohne weiteres zu ersehen, dass in dieser zweiten Phase der Wechselspannung der Ausgangsseite des Umformers die Polarität an der Wicklung 43 umgekehrt ist.
Der Kondensator 59 lädt sich gegenüber der ersten Phase mit entgegengesetzter Polarität auf und speichert somit die Ladung, die erforderlich ist, um nach erneutem Zünden des gesteuerten Gleichrichters 51 den gesteuerten Gleich-
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richtung magnetisiert, so dass an der Sekundärseite 11 dieses Transformators eine Wechselspannung abge- nommen werden kann.
Die Dioden 5. Je, 51c sind vorgesehen um zu erreichen, dass sich der Kommutierungskondensator nach der Kommutierung schnell entladen und somit auch schnell in der Gegenrichtung aufladen kann. Die Dio- den 52a und 53a anderseits bewirken, dass der Kondensator 59 eine möglichst hohe Ladung erhält und nicht durch ein Absinken der Spannung an der Primärwicklung des Transformators 42 während einer Halb- welle der Ausgangsspannung, z. B. zufolge einer starken Belastung am Ausgang wieder teilweiseenrladen wird.
Insbesondere beim Leerlauf, d. h. ohne Belastung an der Sekundärseite des Transformators 42 be- steht die Gefahr, dass sich die Spannung aufschaukelt. Der Kondensator 59 und die Primärwicklung 43 des
Transformators 42 arbeiten dabei als Schwingkreis. Um derartige Spannungstiberhöhungen zu vermei- den, ist parallel zu den beiden Primärwicklungsteilen 43a und 43b je ein Widerstand 55 und 56 vorgesehen. Kurz nach der ersten Phase, d. h. wenn die Polarität der Spannung an dem Transformator 42 den in
Klammer gesetzten Vorzeichen entspricht, kann sich der Kondensator 59 über die Widerstände 55 und 56 entladen. Die Widerstände 55 und 56 müssen dabei so bemessen werden, dass die Ladung noch so lange aufrechterhalten bleibt, bis beispielsweise der gesteuerte Gleichrichter 50 gelöscht ist.
Die Widerstände dämpfen den Schwingkreis somit, so dass die Spannung sich nicht aufschaukeln kann.
Es sei noch erwähnt, dass der Kondensator 59 selbstverständlich auch an der Sekundärseite 44 des Transformators 42 angeschlossen werden kann, wobei die gleichen Wirkungen erzielt werden.
Nachfolgend sollen nun die Zündstromkreise C und D für die gesteuerten Gleichrichterelemente beschrieben werden. Zur Erzeugung der Speisespannung für den Zünd-bzw. Steuerstromkreis C ist an die Sekundärwicklung 13 des Eingangstransformators 10 eine Doppelweggleichrichterschaltung 60 angeschlossen, die vier einzelne Gleichrichter umfasst. Zur Glättung der auf diesem Wege gewonnenen Gleichspannung ist ein Kondensator 64 vorgesehen. Der negative Pol der auf diesem Wege gewonnenen Gleichspannung wird von der Leitung 65 gebildet und ist mit den beiden verbundenen Kathoden derLeistungsgleich- richter 37 und 38 über die Leitung 20 verbunden.
Der Steuer-bzw. Zündstromkreis C enthält einen sogenannten Doppelbasistransistor 80, von welchem die beiden Basen über Widerstände 81 und 82 mit dem negativen bzw. positiven Pol der Speise- spannungsquelle, d. h. mit den Leitungen 65 und 72 verbunden sind. Dieser Doppelbasistransistor bzw. Unijunctioi. transistor-Transistoren dieses lyps sind im Handel erlialtlicti-hat die Eigenschaft, den Wi- derstand zwischen einer Basiselektrode und dem Emitter in Abhängigkeit von der Spannung an diesem Emitter sprunghaft zu verändern. Wenn im vorliegenden Beispiel das Potential am Emitter unterhalb eines vorgegebenen kritischen Wertes liegt, ist der Widerstand zwischen Emitter und der einen Basiselektrode hoch. Steigt die Spannung am Emitter z.
B. durch die Aufladung eines Kondensators auf diesen kritischen. Wert, so wird der Punkt erreicht, bei welchem der Widerstand zwischen der Basiselektrode und dem Emitter sprunghaft kleiner wird. Der Emitter ist im vorliegenden Fall über einen Kondensator 83 mit der Leitung 65 und über einen Widerstand 84 mit der Leitung 72 verbunden. Der Kondensator 83 und der Widerstand 84 stellen somit ein RC-Glied dar.. Der Kondensator 83 lädt sich mit der Zeitkonstanten des RC-Gliedes bis zu der kritischen Spannung auf, worauf am Widerstand 81 infolge der Entladung des Kondensators 83 über den Transistor 80 ein positiver Impuls erscheint. Nachdem durch die Entladung des Kondensators 83 die Spannung unter einen vorgegebenen Wert abgesunken ist, wird der Transistor 80 wieder gesperrt, so dass die Aufladung des Kondensators von neuem beginnt.
Das aus den Teilen 80-84 bestehende System arbeitet somit als Oszillator bzw. Impulsgenerator, wobei die Impulsfolgefrequenz
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eine Funktion der Bemessung des RC-Gliedes ist.
Im vorliegenden Fall ist die Frequenz erheblich höher als diejenige des Netzes, so dass pro Halbwel- le eine grössere Anzahl von Impulsen zu den gesteuerten Gleichrichtern 37 und 38 gelangen. Die Gleich- richter werden somit auch während einer Halbwelle neu gezündet, wenn sie aus irgendeinem Grund erlo- schen sein sollten.
Die an dem Widerstand 81 erscheinenden Impulse werden über die Leitung 19 und über je einen
Schutzwiderstand 21 und 22 den Zündelektroden der gesteuerten Gleichrichter 37 und 38 übermittelt. Die beiden gesteuerten Gleichrichter 37 und 38 werden somit immer dann gezündet, wenn sich der Wider- stand zwischen der einen Basiselektrode und dem Emitter des Transistors 80 sprunghaft verändert und wenn an den gesteuerten Gleichrichtern eine Spannung in der Durchlassrichtung liegt. Dies ist immer bei einem der beiden gesteuerten Gleichrichter der Fall.
Parallel zu dem Kondensator 83 liegt ein weiterer Transistor 89, welcher den Kondensator 83 kurz- schliesst, wenn an seiner Basis keine negative Spannung steht. Zwischen der Basis des Transistors 89 und der Leitung 65 liegt nun die Gleichstromseite einer Allwegbrückengleichrichterschaltung, deren Wech- selstromseite an die Sekundärwicklung 26 des Transformators 24 angeschlossen ist. Wie bereits ausge- führt, wird der Primärseite dieses Transformators 24 die Steuerwechselspannung zugefUhrt. Parallel zu der
Gleichstromseite der Brückengleichrichterschaltung 90 liegt ein Kondensator 91 und eine Schutz- diode 92.
Die Basiselektrode des Transistors 89 ist weiterhin über einen Widerstand 93 mit der Leitung 72 ver- bunden, die den positiven Pol des Netzgleichrichters 60 darstellt. Wenn nun an der Sekundärwicklung 26 des Transformators 24 keine Spannung erscheint, wird die Basis des Transistors 89 durch den Wider- stand 93 auf positivem Potential gehalten, so dass der Transistor 89 leitend ist und sich der Kondensa- tor 83 nicht aufladen kann. Eine Folge hievon ist, dass der Transistor 80 gesperrt ist und keine Zündim- pulse an die gesteuerten Gleichrichter 37 und 38 abgeben kann. Es entsteht somit keine Gleichspannung zwischen den Leitungen 15 und 16. Erscheint hingegen ein Signal an den Klemmen 23, lädt sich der
Kondensator 91 auf, so dass an der Basis des Transistors 89 ein negatives Potential erscheint, welches den
Transistor 89 sperrt.
Eine Folge hievon ist, dass sich der Kondensator 83 aufladen kann und wieder Zünd- impulse zu den gesteuerten Gleichrichtern 37 und 38 gelangen. Bleibt die Wechselspannung an den Klem- men 23 aus, entlädt sich der Kondensator 91 über die Schutzdiode 92. so dass der Transistor 89 wieder leitend wird und keine Impulse mehr an dem Transistor 80 bzw. Widerstand 81 erscheinen.
Der Zündstromkreis D dient zur Erzeugung der Steuerimpulse für die gesteuerten Gleichrichter 50 und 51 in der Ausgangsstufe B. Zur Erzeugung der Speisegleichspannung für den Zündstromkreis D ist an die Sekundärwicklung 14 des Transformators die Gleichrichterbrückenschaltung 61 angeschlossen. Der positive Pol der so gebildeten Gleichspannungsquelle wird durch die Leitung 62, der negative Pol durch die Leitung 63 gebildet. Zur Glättung der Gleichspannung ist ein Glättungskondensator 95 zwischen diese
Leitungen eingeschaltet.
Zur Erzeugung der Impulse für die gesteuerten Gleichrichter 50 und 31 sind hier zwei einzelne Im- pulserzeuger vorgesehen, die unter sich identisch und im wesentlichen gleich aufgebaut sind wie del Im- pulserzeuger für die gesteuerten Gleichrichter 37 und 38. Anschliessend soll der Impulserzeuger für den gesteuerten Gleichrichter 50 mehr im einzelnen erläutert werden.
Der Impulserzeuger enthält wieder einen Doppelbasistrausistor 100. der Uber die Widerstände 101 und
102 mit den Leitungen 62 und 63 verbunden ist. Der Emitter ist über den einstellbaren Widerstand 103 und den Kondensator 104 ebenfalls mit diesen Leitungen 62 und 63 verbunden. Die mit dem Widerstand 103 einstellbare Impulsfolgefrequenz wird über die Leitung 30 und einen Schutzwiderstand 106 auf die Steuer-bzw. Zündelektrode des gesteuerten Gleichrichters 50 übertragen.
Die frequenzbestimmenden Elemente 103 und 104 sind so bemessen bzw. eingestellt. daR die Frequenz erheblich grösser ist als die Frequenz der Spannung, die von der Ausgangsstufe B abgegeben wird bzw. die Frequenz der Steueispannung.
Parallel zum Kondensator 104 liegt ein Transistor 107, der bei Abwesenheit einer negativen Steuerspannung an seiner Basiselektrode einen sehr geringen Widerstand darstellt, d. h. das Schwingsystem durch Kurzschluss des Kondensators 104 sperrt. Die Basiselektrode des Transistors 107 ist über einen Widerstand 108 mit der Leitung 62 und über eine Diode 105 mit der Leitung 63 verbunden.
Die Basiselektrode ist weiterhin mit einem Ende der Sekundärwicklung 27 des Transformators 24 verbunden, dessen Primärseite mit der Steuerspannung gespeist wird, deren Frequenz von dem Umformer abgegeben werden soll. Das andere Ende der Sekundärwicklung 27 ist mit der Basiselektrode des entsprechenden Transistors des zweiten Impulserzeugers verbunden. Dieser Transistor in dem zweiten Impuls-
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erzeuger ist mit 107'bezeichnet. Es ist nun ohne weiteres zu ersehen, dass die beiden Transistoren 107 und 107'wechselweise gesperrt und offen sind, wobei der Wechsel jeweils bei dem Nulldurchgang der steuernden Wechselspannung erfolgt. Entsprechend kann jeweils nur ein Impulserzeuger die zum Zünden des angeschlossenen gesteuerten Gleichrichters erforderliche Impulsfolge abgeben.
Während der oberen
Halbwelle der steuernden Wechselspannung gebe beispielsweise der in der Zeichnung oben liegende Im- pulserzeuger eine Impulsfolge ab, so dass der gesteuerte Gleichrichter 50 gezündet wird, während in der zweiten unteren Halbwelle der unten liegende Impulserzeuger eine Impulsfolge an den Gleichrichter 51 zu dessen Zündung abgibt, in gleicher Weise, wie dies an Hand von Fig. 2c d erläutert worden ist.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die steuernde Spannung nicht notwendigerweise sinus- förmig oder regelmässig sein muss. Vielmehr können über den Transformator 24 auch Impulsfolgen gege- ben werden, bei denen die positiven und die negativen Halbwellen verschieden lange andauern. Entspre- chend wird dann auch die Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung geformt sein. Dies kann insbeson- dere dann von Bedeutung sein, wenn der Umformer als Generator für Funkenerosionsprozesse verwendet wird. Nachdem der Umformer sofort nach Eintreffen eines Signals zu arbeiten beginnt, d. h. auch inner- halb einer Halbwelle der Steuerspannung, eignet sich der Umformer ausgezeichnet für Netzkommando- anlagen. Alle eingegebenen Impulsfolgen erscheinen praktisch trägheitslos am Ausgang.
Wie bereits erwähnt, wird dem speisenden Netz praktisch keine Leistung entnommen, wenn an dem Transformator 24 kein Eingangssignal erscheint.
Die Sicherheitsschaltung E dient dazu, eine Zerstörung der Gleichrichter 50 und 51 zu verhindern, wenn beispielsweise die Ausgangsseite kurzgeschlossen ist oder ein gesteuerter Gleichrichter zufolge einer kapazitiven Belastung nicht wie vorgesehen erloschen ist. Wie bereits ausgeführt, arbeitet die Sicherheitsschaltung als logisches Element. Zur Ermittlung des Eingangssignals ist die Leitung 110 vorgesehen, deren eines Ende mit dem negativen Pol der Leistungsgleichrichterstufe A bzw. mit der Leitung 15 verbunden ist. Zur Ermittlung des Ausgangssignals sind mit den Leitungen 52 und 53 zwei Dioden 111 und . 112 verbunden, deren Verbindungspunkt an die Leitung 120 angeschlossen ist.
Die Leitung 110 ist über zwei Widerstände 114 und 119 mit der Leitung 120 verbunden. Die Leitung 120 ist über eine Diode 116 mit dem Emitter des Transistors 80 und über einen Widerstand 115 mit der Leitung 72 verbunden. Weiterhin liegt zwischen der Leitung 72 und dem Verbindungspunkt der Widerstände 114 und 119 ein Kondensator 117.
Es sind nun drei Betriebszustände möglich. Der erste Betriebszustand ist beim Einschalten gegeben, d. h. zu dem Zeitpunkt, an welchem weder an der Leitung 15 bzw. 110 noch an der Leitung 120 eine Spannung erscheint. In diesem Fall arbeitet der Zündkreis C normal, da keinerlei Spannungen auf die Basiselektrode des Transistors 80 einwirken, die dessen Betriebsweise nachteilig beeinflussen könnten. Die Spannung wird sich entsprechend den Dimensionierungen des Kondensators 83 und des Widerstandes 84 wie oben beschrieben einstellen. Beim zweiten Betriebszustand ist sowohl auf der Leitung 110 als auch auf der Leitung 120 die normale Betriebsspannung.
Die Spannung auf der Leitung 120 ist somit auf einem positiven Potential gehalten, so dass ebenfalls kein Potential zu dem Emitter des Transistors 80 gelangen kann, welches diesen nachteilig beeinflussen könnte.
Ist hingegen gemäss dem dritten Betriebszustand auf der Leitung 110 eine Spannung und fehlt beispielsweise infolge eines Kurzschlusses die Spannung auf der Leitung 120, so ist zufolge des negativen Potentials, welches durch die Leitung 15 auf die Leitung 120 übertragen wird, die Diode 116 leitend und die Basis des Transistors 80 erhält eine negative Vorspannung, so dass das System nicht schwingen kann.
Das System bleibt nun so lange gesperrt, bis der Kondensator 117, der parallel zu den Widerständen 115, 11tus HSgt, entladen ist. Falls der Kurzschluss oder die kurzzeitige Belastung, die die Störung hervorgerufen hat, sich in der Zwischenzeit behoben hat, arbeitet das System nach erneutem Anschwingen des Zündkreises C ordnungsgemäss weiter. Die Sicherheitsschaltung ist insbesondere deswegen bedeutungsvoll, weil einer der gesteuerten Gleichrichter 50 und 51 zufolge spezieller Belastungsbedingungen nicht gelöscht worden sein kann, so dass beide gesteuerten Gleichrichter 50 und 51 gleichzeitig gezündet sind.
Die Dimensionierung des Kondensators 117 und der Widerstände 115, 119 muss so bemessen sein, dass der Transistor 80 so lange gesperrt bleibt, bis die beiden gesteuerten Gleichrichter 50 und 51 mit Sicherheit erloschen sind.
Ist dies der Fall, arbeitet der Frequenzumformer weiter, wobei sich die Ausgangsspannung zufolge der Tatsache, dass die Zündung durch Impulsfolgen erfolgt, sofort wieder auf den Zustand einstellt, der durch die steuernde Wechselspannung an den Klemmen 23 des Transformators 24 gegeben ist.