DD255628A1 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung und[zur Übertragung]zur Stabilisierung von Wechselstrom - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung, zur Stabilisierung und zur Uebertragung von Wechselstrom zwischen Schaltungen mit verschiedener Spannung, die einen mit einem Synchronisiereingang und einem Steuereingang versehenen Zerhacker (2), einen Stromdetektor (5), eine Filterschaltung (6), einem selbstschwingenden, eine Rechteckspannung erzeugenden, mit einem Synchronsignalausgang versehenen Wechselrichter (7) und einer Regelschaltung (9) enthaelt. Erfindungsgemaess ist eine sich in bestimmten Grenzen aendernde Gleichspannung (1) ueber den Zerhacker, den Stromdetektor und die Filterschaltung an einen Eingang des selbstschwingenden Wechselrichters angeschlossen, dessen Synchronsignalausgang mit dem Synchronisiereingang des Zerhackers verbunden ist. Ein in dem Strommittelwert proprotionales Signal liefernder Ausgang des Stromdetektors liegt an einem Eingang der Regelschaltung, waehrend ein den Stromwert bestimmendes Sollwertsignal (14) dem anderen Eingang der Regelschaltung zugefuehrt ist. Der Ausgang der Regelschaltung ist mit dem Steuereingang des Zerhackers verbunden. Der Ausgang des Wechselrichters bildet gleichzeitig den Wechselstromausgang der Schaltungsanordnung. Gegenueber vergleichbaren bekannten Schaltungen werden eine Verringerung der Abmessungen, des Gewichts und der Herstellungskosten sowie eine Verbesserung der Qualitaet erreicht. Fig. 1

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der Praxis und der Fachliteratur ist eine Reihe derartiger Schaltungsanordnungen bekannt, die zwecks Übertragung Zwischenschaltungen mit verschiedener Spannung einen stabilen Wechselstrom erzeugen. Derartige Schaltungen werden zum Beispiel bei der Sicherung des Heizstromes von Hochspannungsvakuumröhren benötigt. Besondere Bedeutung kommt diesen Schaltungsanordnungen bei der Regelung des Anodenstromes einer Röhre durch Änderung des Effektivwertes des Heizstromes zu. Als charakteristisches Beispiel sei in diesem Zusammenhang die Heizstromregelung von Röntgenröhren erwähnt, wo bei einer gegebenen Anodenspannung die Regelbarkeit des Anodenstromes und damit der Strahlungsintensität von der genauen Einstellbarkeit des Wertes des Heizstromes abhängt. Bei einem Teil der zur Lösung der obenerwähnten Aufgaben dienenden Schaltungen wird aus einer vorstabilisierten Spannung der Effektivwert des Stromes durch Widerstandsänderung eingestellt. Bei bekannten Schaltungen ist durch Messung des tatsächlichen Effektivwertes des wirklichen Stromes und durch Rückkopplung desselben in die die Regelung durchführende Einheit eine praktisch vollkommende Lösung möglich. Für die zur ersten Gruppe gehörenden Schaltungen sind ein einfacher, robuster Aufbau, eine niedrige Arbeitsfrequenz von im allgemeinen 50 oder 100Hz und ein geringer Kostenaufwand kennzeichnend. Ein Nachteil dieser Lösungen besteht jedoch darin, daß diese Lösungen nur mit verhältnismäßig großen geometrischen Abmessungen und einem großen Gewicht des jeweiligen Gerätes realisierbar sind. Weiterhin weisen sie einen schlechten Wirkungsgrad auf, und die Einstellung des Effektivwertes des Wechselstromes ist schwierig und langwierig. Außerdem ist nicht in jedem Fall eine den Anforderungen entsprechende Genauigkeit gewährleistet. Bei den modernen elektronischen Schaltungen kann die Arbeitsfrequenz in den kHz-Bereich verlegt werden, was zu einer Reduzierung der Abmessungen und des Gewichtes führt. Die erreichbare Genauigkeit hängt von den Qualitätsparametern, und damit vom Preis, der verwendeten Schaltungseinheiten ab. Der Wirkungsgrad kann durch den geschalteten Betrieb der Halbleiterelemente bedeutend erhöht werden. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die Messung des Effektivwertes des wirklichen Stromes in den meisten Fällen in einer zusätzlichen Schaltung erfolgt, deren Potential erheblich vom Potential der Regeleinheit abweicht, wobei der gemessene Wert unter Überbrückung eines großen Spannungsunterschieds an den Ort der Verarbeitung weiterzuleiten ist. Dadurch steigen der Preis und die Kompliziertheit der Schaltung stark an. Die technische Entwicklung und die erhöhten Anforderungen an die Qualität führten zu dem Erfordernis, zur Übertragung zwischen Schaltungen mit verschiedener Spannung geeignete Wechselströme zu erzeugen, deren Effektivwert mit großer Genauigkeit regelbar ist. Von den diesen Forderungen entsprechenden Schaltungen wird verlangt, daß ihr Volumen und ihr Gewicht klein sind, während ihr Wirkungsgrad groß sein soll. Weiterhin sollen die Schaltungen zuverlässig arbeiten und preisgünstig herstellbar sein.

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung soll eine Schaltungsanordnung bereitgestellt werden, die diesen Anforderungen genügt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Änderung des Verhältnisses zwischen dem Mittelwert des Eingangsstromes und dem Effektivwert des Ausgangsstromes einer einen Verbraucher mit gemischten ohm'schen induktiven Widerstand speisenden, eine Rechteckspannung erzeugenden, selbstschwingenden Wechseirichterschaltung durch geeignete Veränderung der Selbstschwingungsfrequenz unter einen beliebig kleinen, entsprechend bestimmten Wert gehalten werden kann. Dadurch wird die Möglichkeit zur Abbildung eines dem Effektivwert des Ausgangsstromes proportionalen Signales auf dem Regelkreispotential ermöglicht. Der Effektivwert des Ausgangsstromes wird durch Vergleichen des Mittelwertes des Eingangsstromes des Wechselrichters mit einem eingestellten Sollwert und durch Veränderung der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters realisiert. Die Veränderung der Eingangsgleichspannung erfolgt mittels des mit dem Wechselrichter synchron arbeitenden Zerhackers, dessen Schaitverhältnis durch eine Regelschaltung bestimmt wird. Die Regelschaltung erzeugt ein Signal, das von der Abweichung des Sollwertes vom Mittelwert des Eingangsstromes des Wechselrichters abhängt. Zwischen dem Zerhacker und dem Wechselrichter sind ein Stromdetektor und eine Filterschaltung vorgesehen. Die synchrone Betätigung des Zerhackens und des Wechselrichters ist deswegen vorteilhaft, weil dadurch der sich infolge der nicht idealen Rechteckspannung ergebende zusätzliche Fehler verringert werden kann. Bei asynchroner Funktion kann nämlich die Amplitudensymmetrie der Rechteckausgangsspannung des Wechseltrichters nicht gesichert werden.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig.2: eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Gemäß Fig. 1 gelangt eine unstabilisierte, sich innerhalb gegebener Grenzen ändernde Gleichspannung 1 an einen Eingang eines Zerhackers 2, dessen Arbeitsfrequenz durch ein an seinem Synchronisiereingang 4 anliegendes Signal bestimmt wird, während sein Schaltverhältnis durch ein seinem Steuereingang 3 zugeführtes Signal bestimmt wird. Ein selbstschwingender Wechseltrichter 7 liefert den Wechselstrom für eine Schaltung, deren Potential von der Gleichspannung 1 abweicht, sowie über seinen Synchronsignalausgang 8 das die Arbeitsfrequenz des Zerhackers 2 bestimmende Signal, das dem Synchronisiereingang 4 des Zerhackers 2 zugeführt wird. Zwischen dem Zerhacker 2 und dem Wechselrichter 7 sind ein Stromdetektor 5 und eine

Filterschaltung 6 angeordnet. Der Stromdetektor erzeugt an seinem Ausgang 13 ein dem Ausgangsstrom des Zerhackers 2 proportionales Signal für einen Eingang 10 einer Regelschaltung 9, deren anderem Eingang 11 ein Stromsollwertsignal 14 zugeführt ist. Ein Ausgang 12 der Regelschaltung 9 ist mit dem Steuereingang 3 des Zerhackers 2 verbunden und bestimmt darüber das Schaltverhältnis des Zerhackers 2. Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung stabilisiert den Effektivwert des durch den Wechselrichter 7 erzeugten Wechselstromes derart, daß in Abhängigkeit von der Abweichung des mittels des Stromdetektors 5 gemessenen Ausgangsstromes des Zerhackers 2 vom Stromsollwertsignal 14 mittels der Regelschaltung 9 der Ausgangsstrom des Zerhackers 2 auf einen konstanten Wert gehalten wird. Die zwischen dem Zerhacker 2 und dem Inverter 7 angeordnete Filterschaltung 6 sorgt dafür, daß an den Eingang des Wechselrichters 7 eine geglättete Gleichspannung gelangt. Der Eingangsstrom der Filterschaltung 6 stellt einen Gleichstrom dar, dessen Größe dem Mittelwert des Eingangsstromes des Wechselrichters 7 entspricht und der gleichzeitig den Ausgangsstrom des Zerhackers 2 darstellt. Die Schaltungsanordnung hält somit-den Eingangsstrom des Wechselrichters 7 auf einen konstanten Wert. In Abhängigkeit vom ohm'schen Anteil der den Ausgang des Wechselrichters 7 belastenden Schaltung kann durch eine geeignete Wahl der Selbstschwingungsfrequenz die Änderung des Verhältnisses zwischen dem Mittelwert des Eingangsstromes des Wechselrichters und dem Effektivwert des Ausgangsstromes des Wechselrichters unter einen gegebenen, beliebig klein wählbaren Wert gehalten werden. Dadurch stabilisiert die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer von der Wahl der Selbstschwingungsfrequenz abhängigen Genauigkeit den Effektivwert des zwischen Schaltungen mit verschiedener Spannung übertragenden Wechselstromes. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist ebenfalls zur Leistungsregelung geeignet. In diesem Fall ist die Einfügung eines zusätzlichen Reglers erforderlich.

Gemäß Fig.2 besteht der Wechselrichter 7 aus einer mit einer stabilisierten Spannung 20 gespeisten Zeitgeberschaltung 17, einem ersten Transistor 15, einem zweiten Transistor 16, einem einphasigen Transformator 18 mit einer Primärwicklung mit einem Mittelpunktabgriff und einem Summierverstärker 19.

Die Zeitgeberschaltung 17, der erste Transistor 15 und der zweite Transistor 16 bilden einen an sich bekannten Multivibrator. Der Mittelpunktabgriff der Primärwicklung des Transformators 18 ist an die Eingangsspannung des Wechselrichters 7 angeschlossen, während die beiden Enden der Primärwicklung jeweils mit den Kollektoren der Transistoren 15; 16 verbunden sind. Die Enden der Sekundärwicklung des Transformators 18 bilden den Wechselstromausgang der Schaltung. Der Summierverstärker 19 summiert die Basisspannungen der Transistoren 15; 16 und der Ausgang des Summierverstärkers 19 bildet den Synchronsignalausgang 8 des Wechselrichters 7. Der Zerhacker 2 besteht aus einer an sich bekannten Zerhackerschaltung 22 und einem Komparator 21. Die mit einer gesondert stabilisierten Spannung erfolgende Speisung der die Selbstschwingungsfrequenz des Wechselrichters 7 und den Basisstrom der Transistoren sichernden Zeitgeberschaltung 17 hat den Vorteil, daß die Basisströme der Transistoren 15; 16 nicht vom Eingang des Wechselrichters gesichert werden und somit nicht über den Stromdetektor fließen. Im entgegengesetzten Fall würde dies zu einem zusätzlichen Fehler führen. Infolge des Funktionsprinzips des astabilen Multivibrators ergibt die Summe der Basisspannungen der Transistoren annähernd eine Dreiecksschwingung, deren Wiederholungsfrequenz gleich dem Zweifachen der Selbstschwingungsfrequenz ist. Diese gelangt an den nicht invertierenden Eingang des Komparators 21 und sichert somit gleichzeitig die zur Impulsbreitenmodulation der Zerhackerschaltung 22 erforderliche Spannung. Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 21 ist mit dem Ausgang 12 der Regelschaltung 9 verbunden, während der Ausgang des Komparators 21 mit einem Logiksteuereingang 23 der Zerhackerschaltung 22 verbunden ist. Hierdurch arbeitet der Zerhacker 2 in jeder Halbperiode der Ausgangsspannung des Wechselrichters symmetrisch, wodurch die Amplitudensymmetrie der Ausgangsspannung des Wechselrichters 7 und damit der Wegfall der zusätzlichen Fehler gesichert wird.

Gegenüber den bekannten Wechselstromstabilisierungsschaltungen weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung folgende Vorteile auf:

— sie stabilisiert an ihrem Ausgang ohne den Einsatz von komplizierten Meßeinheiten für den Effektivwert des Stromes mit vorausbestimmbarer Genauigkeit den Effektivwert des Wechselstromes;

— zwischen den Schaltungen mit verschiedener Spannung ist keine Informationsübertragung erforderlich;

— die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besitzt einen einfachen Aufbau und einen guten Wirkungsgrad und ist mit kleinen Abmessungen und preisgünstig realisierbar.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung, zur Stabilisierung und zur Übertragung von Wechselstrom zwischen Schaltungen mit verschiedener Spannung, die mit einem mit einem Synchronisiereingang und einem Steuereingang versehenen, eine Gleichspannung zerhackenden Zerhacker, einem Stromdetektor, einer Filterschaltung, einem selbstschwingenden, eine Rechteckspannung erzeugenden, mit einem Synchronsignalausgang versehenen ' Halbleiterwechselrichter und einer Regelschaltung versehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß eine sich innerhalb gegebener Grenzen ändernde Gleichspannung (1) über den Zerhacker (2), den Stromdetektor (5) und die Filterschaltung (6) an einen Eingang des selbstschwingenden Wechselrichters (7) angelegt ist, dessen Synchronsignalausgang (8) mit dem Synchronsignaleingang (4) des Zerhackers (2) verbunden ist, daß ein ein dem Strommittelwert proportionales Signal liefernder Ausgang (13) des Stromdetektors (5) an einen Eingang (10) der Regelschaltung (9) angeschlossen ist, und daß ein einen Stromwert bestimmendes Sollwertsignal (14) an einen anderen Eingang (11) der Regelschaltung (9) angelegt ist, während ein Ausgang (12) der Regelschaltung (9) mit dem Steuereingang (3) des Zerhackers (2) verbunden ist, wobei der Ausgang des Wechselrichters (7) den Wechselstromausgang der Schaltungsanordnung bildet.

-1- 255 62S Erfindungsanspruch:

2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei dem selbstschwingenden Wechselrichter (7) ein Eingang einer mit einer stabilisierten Gleichspannung (20) gespeisten, mit zwei Ausgängen versehenen Zeitgeberschaltung (17) an dem Kollektor eines ersten Transistors (15) angeschlossen ist, während ein anderer Eingang der Zeitgeberschaltung (17) mit dem Kollektor eines zweiten Transistors (16) verbunden ist, daß ein Ausgang der Zeitgeberschaltung (17) an der Basis des ersten Transistors (15) liegt und ein anderer Ausgang der Zeitgeberschaltung (17) mit der Basis des zweiten Transistors (16) verbunden ist, wobei durch Verbindung der Emitter der beiden Transistoren (16; 15) miteinander und mit Nullpotential ein an sich bekannter astabiler Multivibrator gebildet ist, daß ein Eingang eines zwei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers (19) an die Basis des ersten Transistors (15) angeschlossen ist, während der zweite Eingang des Summierverstärkers (19) mit der Basis des zweiten Transistors (16) verbunden ist, wobei der Ausgang des Summierverstärkers (19) den Synchronsignalausgang (8) des Wechselrichters (7) bildet, während ein Mittelpunktabgriff der Primärwicklung eines einphasigen Transformators (18) den Eingang des selbstschwingenden Wechseltrichters (7) bildet, wobei das eine Ende der Primärwicklung des Transformators (18) mit dem Kollektor des ersten Transistors (15) und das andere Ende dieser Wicklung mit dem Kollektor des zweiten Transistors (16) verbunden ist, daß der Zerhacker (2) aus einer mit einem Logik-Steuereingang (23) versehenen, an sich bekannten Zerhackerschaltung (22) und einem, mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingang versehenen Komparator (21) besteht, wobei der Eingang der Zerhackerschaltung (22) den Eingang des Zerhackers (2) bildet, während der Ausgang der Zerhackerschaltung (22) den Ausgang des Zerhackers (2) bildet und der invertierende Eingang des Komparators (21) den Synchronisiereingang (4) und der nichtinvertierende Eingang des Komparators (21) den Steuereingang (3) des Zerhackers (2) bildet, während der Ausgang des Komparators (21) mit dem Logik-Steuereingang (23) der Zerhackerschaltung (22) verbunden ist, wobei fernerhin die Enden der Sekundärwicklung des Transformators (18) den Wechselstromausgang der Schaltungsanordnung bilden.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung, zur Stabilisierung und zur Übertragung von Wechselstrom zwischen Schaltungen mit verschiedener Spannung, die mit einem eine Gleichspannung zerhackenden Zerhacker, einem Stromdetektor, einer Filterschaltung, einem selbstschwingenden Halbleiterwechselrichter und einer Regelschaltung versehen ist.