CH416814A - Self-excited inverter with adjustable output voltage by means of pulse length modulation of the primary current in the frequency range from a few Hz up to 3 kHz - Google Patents

Self-excited inverter with adjustable output voltage by means of pulse length modulation of the primary current in the frequency range from a few Hz up to 3 kHz

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CH416814A
CH416814A CH939963A CH939963A CH416814A CH 416814 A CH416814 A CH 416814A CH 939963 A CH939963 A CH 939963A CH 939963 A CH939963 A CH 939963A CH 416814 A CH416814 A CH 416814A
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CH
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valves
controllable
output voltage
voltage source
khz
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CH939963A
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German (de)
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Udo Dipl Ing Meier
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Udo Dipl Ing Meier
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/525Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency
    • H02M7/527Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency by pulse width modulation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

  

  Selbsterregter     Wechselrichter    mit regelbarer. Ausgangsspannung     vermittels          Impulslängenmodulation    des     Primärstromes    im Frequenzbereich von     einigen        Hz    bis zu 3     kHz       Es sind     Wechselrichterschaltungen    bekannt, mit       Hilfe    derer aus Gleichspannung Wechselspannung mit       steuerbarem        Effektivwert    und frei wählbarer Fre  quenz erzeugt werden kann.  



  Die Regelung der Ausgangsspannung von autono  men     Wechselrichtern    wird durch Variation der     Fluss-          dauer    des Gleichstromes erreicht. In den bisherigen  Schaltungen wurden hierfür zusätzliche     steuerbare     Ventile vorgesehen, die nur der Aufgabe dienen, den  Gleichstrom vor dem Ende einer Halbperiode zu  löschen. Bei diesen Schaltungen sind die Spannungen  an den steuerbaren Ventilen nicht genau     bestimmt,     sie hängen vom     jeweiligen    Belastungsfall ab.

   Es  war der Zweck der vorliegenden Erfindung, eine  Schaltung herzustellen, die zur Steuerung der Aus  gangsspannung keine zusätzlichen steuerbaren Ventile  benötigt und bei der die Spannungen an den steuer  baren Ventilen auf den Wert der Quellenspannung  begrenzt ist. Diese Forderungen führten zu der vor  liegenden beispielsweisen Schaltung     (Fig.    1)     mit    vier  steuerbaren Ventilen. Der Vorteil dieser Schaltung  liegt     darin,    dass mit der gleichen Anzahl benötigter  steuerbarer Ventile die gleiche Leistung übertragen  werden kann, wie mit einer     Brückenwechselrichter-          schaltung,    die keine Regelung der Ausgangsspannung  zulässt.

   Die     Parallelwechselrichterschaltung        arbeitet     mit nur zwei steuerbaren Ventilen und kann, bei  gleichem verwendetem     Ventiltyp,    nur die halbe Lei  stung der Brückenschaltung übertragen. Sie lässt eben  falls keine Steuerung der Ausgangsspannung zu. Die  ses Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anschlie  ssend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert  werden.  



  Die     Gleichspannungsquelle        U,        (Fig.    1) arbeitet  abwechslungsweise auf je eine     Serieschaltung    von  einem steuerbaren Ventil, einer Transformatorprimär-         wicklung,    einer     Induktivität    und     einem    zweiten steuer  baren Ventil       (V1-        Wii-LGii-    V2) und       (V3-        W12-LG12-    V4)  Der Wicklungssinn der beiden Primärwicklungen       W11,   <I>W12</I> ist so gewählt, dass in der Sekundärwicklung  W2 eine Wechselspannung u2 entsteht.

   Damit     beim     Zünden der einen     Serieschaltung    die Ventile der an  dern gelöscht werden, sind die Anoden der Ventile  V2 und V4 sowie die Kathoden der Ventile     V1    und     V3     durch je eine Kapazität     C1,    C2 verbunden. Um die an  den Kapazitäten<B><I>Cl,</I></B> C2 (und damit an den steuer  baren Ventilen) auftretenden     transienten    Spannungen  auf den Wert der Quellenspannung     U,    zu begrenzen,  sind Dioden D1,     D3    von den Anoden der Ventile V2  und V4 auf den positiven Pol der Quelle geschaltet.

    Die Kathoden der Ventile V1 und     V3    sind über die  Dioden D2 und D4 mit dem negativen Pol der Quelle  verbunden.  



  Der Ablauf der Vorgänge in der Schaltung ist  folgender: Leiten z. B. die Ventile V1 und V2, so     fliesst     ein Strom     id        durch    die Wicklung     Wii    und die     Induk-          tivität   <B>LG".</B> Da die     Induktivität        LG11    klein ist, liegt  nach kurzer Zeit die     Quellenspannung        U,    an den       Klemmen        a-b    der Wicklung W11.

   Wegen der Trans  formatorwirkung tritt sie     mit    gleichem Vorzeichen  auch an den Klemmen     e-d    der Wicklung Wie und an  den Klemmen     g-h    der Sekundärwicklung W2 auf. Da  durch werden die Kapazitäten C1 und C2 an den  Klemmen     a-d    und f -c auf den Wert der Quellen  spannung aufgeladen. Durch die sekundär angeschlos  sene     Belastungsimpedanz    Z2 fliesst nun der     sekundäre     Laststrom i2.  



  Die     Variation    der Ausgangsspannung u2     wird    er  reicht durch die Veränderung der Zeitdauer, während  der die Ventile     V1    und V2 oder     V3    und V4 im leiten-      den Zustand gelassen werden.

   Zündet man das Ventil  V4, so löscht das Ventil V2 wegen der Spannung     Uq     an den     Klemmen   <B>f</B>     -c    der Kapazität<I>C2.</I> Der Strom     id     durch die Wicklung W11 wird durch den induktiven       Anteil    der Belastungsimpedanz Z2 und durch die In  duktivität<B>LG"</B> weiter     aufrechterhalten.    Dieser Strom       id    lädt die Kapazität C2 um. Sobald ihre Spannung an  den Klemmen     c-f    den Wert der     Quellenspannung    er  reicht hat,     wird    die Diode     D1    leitend.

   Der Strom durch  die Wicklung     Wii        klingt    nun im Kreis       (Di-Vl-        Wii-LGil)     ab. Zugleich     wird    im Moment der     Zündung    des Ven  tils     V4    durch die     in    der Wicklung W12 induzierte Span  nung ein Strom durch den     Kreis          (W12-LG12-V4-D4)

  -          geschickt.    Dieser Strom klingt mit dem Verschwinden  der Spannung an der Wicklung W12 nach der Zeit  konstanten dieses Kreises ab  Bis zum Moment der Zündung des     Ventils        V3     kann nun die     Gleichspannungsquelle        U,    keine Ener  gie an die     Belastungsimpedanz    Z2 liefern.

   Nach der  Zündung des Ventils     V3    fliesst der Strom     id    über das  Ventil     V3,    die Wicklung W12, die     Induktivität    LG12  und das Ventil     V4.    In den Wicklungen     Wii    und W2  werden jetzt umgekehrt gepolte     Spannungen    induziert.  Die     Spannung    an der Wicklung     Wii    bewirkt     jetzt     auch die Umladung der Kapazität     C1    über den Kreis       (v3-Ci-W11-LG"-Di).     



       Sobald    die     Spannung    der Kapazität     C1    an den Klem  men     d-a    den Wert der     Quellenspannung    erreicht hat,       wird    die Diode D2 leitend. Der durch die     Induktivität          LGii        fliessende    Strom     klingt    im Kreis  <B>(LG"</B> -Dl -     v4   <I>- D2 -</I>     W11)     ab.

   Nun herrscht der gleiche Zustand für die rechte       Primärwicklung    W12, wie er zu Anfang     für    die     linke     Wicklung     Wii    angenommen wurde. Der sekundäre  Laststrom 12 fliesst nun in entgegengesetzter Richtung.  Werden die Ventile V2     und    V1 der Reihe nach gezün  det, so läuft der gleiche Vorgang symmetrisch zur  Längsachse A -B der Schaltung ab, und man kommt  zum     Ausgangszustand    zurück.  



  Die Zündung der Ventile geschieht durch vier Im  pulsreihen     (Fig.    2). Die Ventile     V1    und     V3    werden  durch zwei um die halbe Periodendauer
EMI0002.0061  
   (180 )    phasenverschobene Impulsreihen     u,1    und     u,2    gezün  det, deren Impulsbreite mindestens 10     ,us    beträgt.  Die Ventile V2 und     V4    werden durch zwei um die  halbe Periodendauer     phasenverschobenene        Recht-          eckimpulsreihen        u,.2    und
EMI0002.0070  
       u,4    gezündet, deren Impuls  breite 180  beträgt.  



  Die positiven Flanken der Reihen     u,.1    und     %    sind  gegenüber den positiven Flanken der Reihen     ug.2    und       u,.4    um den variablen Winkel<I>a</I> verzögert. Der Winkel  a ist steuerbar von 0-180 . Je nach verwendetem  Ventiltyp lassen sich     Frequenzen    bis zu etwa 3     kHz     realisieren.



  Self-excited inverter with adjustable. Output voltage by means of pulse length modulation of the primary current in the frequency range from a few Hz up to 3 kHz There are inverter circuits known, with the help of which can be generated from direct voltage alternating voltage with a controllable effective value and freely selectable Fre quency.



  The regulation of the output voltage of autonomous inverters is achieved by varying the duration of the direct current flow. In the previous circuits, additional controllable valves were provided for this purpose, which only serve the task of extinguishing the direct current before the end of a half cycle. In these circuits, the voltages at the controllable valves are not precisely determined; they depend on the respective load case.

   It was the purpose of the present invention to produce a circuit which does not require any additional controllable valves to control the output voltage and in which the voltages at the controllable valves is limited to the value of the source voltage. These demands led to the prior example circuit (Fig. 1) with four controllable valves. The advantage of this circuit is that the same number of controllable valves required can be used to transmit the same power as with a bridge inverter circuit that does not allow the output voltage to be regulated.

   The parallel inverter circuit works with only two controllable valves and, with the same type of valve used, can only transfer half the power of the bridge circuit. It also does not allow any control of the output voltage. This exemplary embodiment of the invention will then be explained with reference to the accompanying drawings.



  The DC voltage source U, (Fig. 1) works alternately on a series circuit of a controllable valve, a transformer primary winding, an inductance and a second controllable valve (V1- Wii-LGii- V2) and (V3- W12-LG12- V4) The direction of winding of the two primary windings W11, <I> W12 </I> is selected such that an alternating voltage u2 is created in the secondary winding W2.

   The anodes of valves V2 and V4 and the cathodes of valves V1 and V3 are each connected by a capacitor C1, C2 so that the valves of the other are extinguished when one series circuit is ignited. In order to limit the transient voltages occurring at the capacitors <B> <I> Cl, </I> </B> C2 (and thus at the controllable valves) to the value of the source voltage U, diodes D1, D3 of the anodes of the valves V2 and V4 are switched to the positive pole of the source.

    The cathodes of valves V1 and V3 are connected to the negative pole of the source via diodes D2 and D4.



  The sequence of operations in the circuit is as follows: B. the valves V1 and V2, a current id flows through the winding Wii and the inductance <B> LG ". </B> Since the inductance LG11 is small, the source voltage U i will be at the terminals after a short time from winding W11.

   Because of the transformer effect, it also occurs with the same sign at terminals e-d of winding Wie and at terminals g-h of secondary winding W2. Since the capacitances C1 and C2 at the terminals a-d and f -c are charged to the value of the source voltage. The secondary load current i2 now flows through the secondarily connected load impedance Z2.



  The variation of the output voltage u2 is achieved by changing the time period during which the valves V1 and V2 or V3 and V4 are left in the conductive state.

   If the valve V4 is ignited, the valve V2 extinguishes because of the voltage Uq at the terminals <B> f </B> -c of the capacitance <I> C2. </I> The current id through the winding W11 is caused by the inductive Portion of the load impedance Z2 and further maintained by the inductance <B> LG "</B>. This current id recharges the capacitance C2. As soon as its voltage at the terminals cf has reached the value of the source voltage, the diode D1 becomes conductive .

   The current through the winding Wii now decays in a circle (Di-Vl-Wii-LGil). At the same time, when valve V4 is ignited, the voltage induced in winding W12 causes a current to flow through the circuit (W12-LG12-V4-D4)

  -          cleverly. This current decays with the disappearance of the voltage on the winding W12 after the time constant of this circuit. Up to the moment of ignition of the valve V3, the DC voltage source U can now deliver no energy to the load impedance Z2.

   After the ignition of the valve V3, the current id flows through the valve V3, the winding W12, the inductance LG12 and the valve V4. Voltages with reverse polarity are now induced in the windings Wii and W2. The voltage on the winding Wii now also causes the charge reversal of the capacitance C1 via the circuit (v3-Ci-W11-LG "-Di).



       As soon as the voltage of the capacitance C1 at the terminals d-a has reached the value of the source voltage, the diode D2 becomes conductive. The current flowing through the inductance LGii decays in a circle <B> (LG "</B> -Dl - v4 <I> - D2 - </I> W11).

   The same state now prevails for the right primary winding W12 as was initially assumed for the left winding Wii. The secondary load current 12 now flows in the opposite direction. If the valves V2 and V1 are ignited one after the other, the same process takes place symmetrically to the longitudinal axis A -B of the circuit, and you come back to the initial state.



  The valves are ignited by four rows of pulses (Fig. 2). The valves V1 and V3 are by two to half the period
EMI0002.0061
   (180) phase-shifted pulse series u, 1 and u, 2 ignited, the pulse width of which is at least 10. us. The valves V2 and V4 are activated by two square pulse series u, .2 and
EMI0002.0070
       u, 4 ignited, whose pulse width is 180.



  The positive edges of the series u, .1 and% are delayed by the variable angle <I> a </I> compared to the positive edges of the series ug.2 and u, .4. The angle a is controllable from 0-180. Depending on the type of valve used, frequencies of up to around 3 kHz can be achieved.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Selbsterregter Wechselrichter mit regelbarer Aus gangsspannung vermittels Impulslängenmodulation des Primärstromes im Frequenzbereich von einigen Hz bis zu 3 kHz, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Serieschaltungen, bestehend aus einem steuerbaren Ventil (Fig. 1: PATENT CLAIM Self-excited inverter with adjustable output voltage by means of pulse length modulation of the primary current in the frequency range from a few Hz up to 3 kHz, characterized in that two series circuits, consisting of a controllable valve (Fig. 1: V1, V3), einer Transformatorprimär- wicklung (W11, W12), einer Induktivität <B>(LG",</B> LG12) und einem zweiten steuerbaren Ventil (V2, V4), an eine Gleichspannungsquelle (Uq) angeschlossen sind, dass die beiden Primärwicklungen magnetisch gekoppelt sind und dadurch, dass die Anoden der Ventile (V2, V4), deren Kathoden am negativen Pol der Gleich spannungsquelle liegen, durch eine Kapazität verbun den sind und zugleich über Dioden (D1, V1, V3), a transformer primary winding (W11, W12), an inductance <B> (LG ", </B> LG12) and a second controllable valve (V2, V4), are connected to a DC voltage source (Uq), that the two primary windings are magnetically coupled and that the anodes of the valves (V2, V4), the cathodes of which are on the negative pole of the DC voltage source, are connected by a capacitance and at the same time by diodes (D1, D3) an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle angeschlos sen sind und dadurch, dass die Kathoden der steuer baren Ventile (V1, V3), deren Anoden am positiven Pol der Gleichspannungsquelle liegen, durch eine Kapazität verbunden sind und zugleich durch Dioden <I>(D2,</I> D4) an den negativen Pol der Gleichspannungs- quelle angeschlossen sind UNTERANSPRÜCHE 1. Wechselrichter nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Ventile als steuer bare Quecksilberdampfventile ausgebildet sind. D3) are connected to the positive pole of the DC voltage source and in that the cathodes of the controllable valves (V1, V3), whose anodes are connected to the positive pole of the DC voltage source, are connected by a capacitance and at the same time by diodes <I> (D2 , </I> D4) are connected to the negative pole of the DC voltage source SUBClaims 1. Inverter according to patent claim, characterized in that the controllable valves are designed as controllable mercury vapor valves. 2. Wechselrichter nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Ventile als steuer bare Siliziumventile ausgebildet sind. 2. Inverter according to claim, characterized in that the controllable valves are designed as controllable silicon valves.
CH939963A 1963-07-26 1963-07-26 Self-excited inverter with adjustable output voltage by means of pulse length modulation of the primary current in the frequency range from a few Hz up to 3 kHz CH416814A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2415413A1 (en) * 1978-01-20 1979-08-17 Siemens Ag RADIOLOGICAL GENERATOR FOR RADIODIAGNOSIS DEVICE, INCLUDING AN INVERTER POWERING ITS HIGH VOLTAGE TRANSFORMER
EP0012648A1 (en) * 1978-12-08 1980-06-25 Westinghouse Electric Corporation Single-pole commutation circuit

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