DE1069696B - - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es sind Oszillatoren bekannt, bei denen die umzuformende Gleichspannung über Röhren oder Transistoren in astabiler Kippschaltung an die Primärwicklung eines Transformators angeschlossen wird, dessen Sekundärwicklung die umgeformte Spannung abgibt. Bei einer bekannten Ausführung werden die Steuerspannungen für die als Schaltglieder verwendeten Transistoren Wicklungen des die Last speisenden Transformators entnommen. Die Frequenz der erzeugten Wechselspannung ist bei derartigen selbst-/erregten Wechselrichtern sehr stark von der Belastung abhängig. Dies kann vermieden werden, wenn die Steuerspannungen über einen besonderen Steuertransformator von außen zugeführt, d. h. von einer Fremdstromquelle eingespeist werden. Hierfür ist gegenüber den selbsterregten Wechselrichtern jedoch ein zusätzlicher Aufwand für einen besonderen Taktgeber erforderlich.

Die Erfindung bringt eine vorteilhafte Verbesserung an einem Oszillator mit in Gegentakt arbeitenden Schaltelementen, die von einem vom Lasttransformator getrennten Steuertransformator abwechselnd geschaltet werden. Gemäß der Erfindung ist die Primärwicklung des Steuertransformators über ein elektrisches Speicherglied an die Speisespannung des .Lasttransformators angeschlossen. Damit ist ein selbsterregter Wechselrichter geschaffen, dessen Frequenz weitgehend unabhängig ist von der Höhe der von der Speisestromquelle entnommenen Leistung und von deren Spannung.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Der mit 1 bezeichnete Oszillator ist an eine Gleichspannungsquelle gelegt, die als Batterie 3 gezeichnet ist. Die Batterie 3 kann jedoch auch irgendeine andere beliebige Gleichspannungsquelle mit konstanter oder auch schwankender Spannung sein. Die Batterie besitzt eine positive Klemme 5 und eine negative Klemme 7. An den Wechselrichter ist ein als Block 9 gezeichneter Verbraucher angeschlossen, der mit der umgeformten Spannung gespeist wird.

Der Oszillator 1 enthält einen Transformator 11 mit einem Magnetkern 13, der beispielsweise, aus Siliziumblechen aufgebaut sein kann. Zur Magnetisierung des Kernes dient eine Wicklung 15, die an den Klemmen 17 und 19 angeschlossen ist. Die AVicklung ist durch eine Mittelanzapfung 21 in zwei Teilwicklungen 23 und 25 unterteilt. Auf dem Kern, ist weiter eine Sekundärwicklung 27 angebracht, welche die über Klemmen 29 und 31 angeschlossene Last 9 mit Wechselspannung versorgt.

Um an der Sekundärwicklung 27 eine Wechselspannung abnehmen zu können, ist eine abwechselnde Magnetisierung der Primärwicklung 15 jeweils in ent-

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. November 1957

John F. Roesel jun. und Robert W. Lucky,

Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

gegengesetzte Richtungen erforderlich. Die Wicklung 15 ist hierzu in bekannter Weise in zwei Teilwicklungen 23 und 25 aufgeteilt und in Zweiwegschaltung an die Gleichspannungsquelle 3 angeschlossen. Aus der Figur ist ersichtlich, daß die' Teilwicklung 23 im Zweig 33 und die Teilwicklung 25 im Zweig 35 liegt. In jedem der zwei Stromkreise ist ein steuerbares Schaltelement 37, 39 angeordnet. Diese Schaltelemente 37 und 39 können Röhren, z. B. Vakuumröhren (Trioden), sein. Vorteilhaft werden jedoch Flächentransistoren verwendet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind p-n-p-Transistoren benutzt. Es können aber auch n-p-n-TransistorenAnwendung finden. Der Transistor 37 hat eine Emitterelektrode 41, eine Kollektorclektrodc43 und eine Basiselektrode 45. Analog hierzu besitzt der Transistor 39 eine Emitterelektrode 47, eine. Kollektorelektrode 49 und eine Basiselektrode 51. Die Transistoren 37 und 39 werden so gesteuert, daß jeder Transistor abwechselnd einen geschlossenen Schaltzustand einnimmt, bei dem die Kollektor-Emitter-Strccke einen sehr geringen Widerstand aufweist, und einen offenen Schaltzustand, bei dem der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke sehr hoch ist. Die beiden Schaltzustände können durch Anlegen einer Steuerspannung zwischen der Basis einerseits sowie dem Kollektor und Emitter andererseits erzwungen werden.

Wie in der Figur zu sehen ist, liegen die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 37 und 39 in den Stromzweigen 33 und 35. Dabei ist die Emitterelektrode 41 des Transistors 37 mit der positiven Klemme 5 der Batterie 3 verbunden. Die Kollektorelek-

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,trpde43 ist über, dip Klemme 17 der Wicklung 15 und der Mittelanzapfung 21 an. die negative Klemme der Batterie angeschlossen. Auf die gleiche Weise ist die Emitterelektrode 47 des Transistors 39 mit der positiven Klemme 5 und die. Kollektorelektrode 49 mit der Klemme 19 der Wicklung 15 verbunden. .
'"•■'Zur Steuerung der Transistoren 37 und 39 dient eine Anordnung 'mit einem Steuertraiisformator 53, der einen Magnetkern 55 besitzt. Dieser Kern trägt feine Erregerwicklung 57 und ist so ausgelegt, daß er bei Erregung durch die Wicklung 57 im ungesättigten Bereich arbeitet. Der Kern kann aus Siliciumstahl bestehen.

Die Steuerspannungen für die Transistoren werden in den beiden Wicklungen 59 und 61 erzeugt. Wie in der Figur zu sehen ist, hat die Wicklung 59 Ausgangsklemmen-67 und 69, die mit der Emitterelektrode 41 und der Basiselektrode 45 des Transistors 37 -verbunden sind. In gleicher Weise besitzt die Wicklung 61 Ausgangsklemmen 71 und 73, die mit der Basiselektrode 51 und der Emitterelektrode 47 des Transistors 39 verbunden sind. Wie im folgenden näher dargelegt ist, werden durch diese Leitungsverbindungen die Steuerspannungen, dia in den Wicklungen 59 und 61 bei Erregung der Wicklung 57 induziert werden, so an die Transistoren geführt, daß diese, entgegengesetzte Schaltzustände annehmen. Der Schaltzustand der Transistoren wird durch die Polarität der an sie von den Wicklungen 59 und 61 angelegten Spannungen bestimmt. Wenn daher die Polarität der Steuerspannungen periodisch umgekehrt -wird, so wechseln auch die Schaltzustände der Transistoren periodisch. Zur selbsttätigen Steuerung dieses Vorganges ist gemäß der Erfindung die Erregerwicklung 57 des Steuertransformators 53 über ein elektrisches Speicherglied an die Speisespannung des Lasttransformators 11 angeschlossen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Speicherglied ein Kondensator 75. Dieser Kondensator ist einerseits mit der Klemme 63 der Wicklung 57 und andererseits mit der Eingangsklemme 17 der Wicklung 15 verbunden. Die Klemme 65 der Wicklung 57 ist direkt an der Eingangsklemme 19 der Wicklung 15 angeschlossen. Auf diese Weise liegt die Wicklung 57 mit dem in Reihe geschalteten Kondensator parallel zur Wicklung 15 des Lasttransformators.

Die Wirkungsweise ist folgende: Wird an den Oszillator die Batterie 3 angeschlossen, so wird schließlich einer der beiden Transistoren 37 oder 39 leitend. Zur Erläuterung wird angenommen, daß der Transistor 37 zuerst leitend wird und der Transistor 39 gesperrt ist. Dann fließt ein Strom von der Klemme 5 über die Emitterelektrode 41, die Kollektorelektrode 43 und die Teilwicklung 23 zurück zur negativen Klemme 7 der Batterie 3. Dieser durch die Teilwicklung 23 fließende Strom hat eine magnetomotorische Kraft zur Folge, die einen magnetischen Fluß durch den Kern 13 treibt. Der Fluß wiederum induziert in der Wicklung 27 eine Spannung der in der Figur eingezeichneten Polarität.

Gleichzeitig fließt ein Teil des Stroms der Batterie 3 von der positiven Klemme 5 über die Emitterelektrode 41, die Kollektorelektrode 43, den Kondensator 75, die Wicklung 57 und die Teilwicklung 25 zurück zur negativen Klemme 7. Der durch die Wicklung 57 fließende Strom induziert in den Wicklungen 57 und 59 und 61 Spannungen, deren Polarität durch Plus- und Minuszeichen dargestellt sind. Die in den Wicklungen 59 und 61 induzierten Spannungen haben eine solche Polarität, daß der Transistor 37 im leitenden Zustand und der Transistor 39 im Sperrzustand verbleibt. Wenn eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, die durch die Zeitkonstante des Ladekreises für den Kondensator 75 bestimmt ist, so wird der Kondensator mit der eingezeichneten Polarität voll aufgeladen sein. Dann ist aber auch der Ladestrom durch die Wicklung 57 nahezu auf den Wert Null abgefallen. Dieser Stromabfall hat ein Absinken der in den Wicklungen 57,59 und 61 induzierten Spannungen

ίο nahezu auf den Wert Null zur Folge. Der Transistor 37 sperrt deshalb. Die Spannung an den Klemmen 17 und 19 fällt sodann auf einen Wert, der kleiner ist als der Wert der an dem Kondensator 75 anliegenden Spannung. Daher entlädt sich der Kondensator 75 in einem Kreis, der ausgehend von der positiven Platte des Kondensators durch die Klemme 17, die Wicklung 15, die Klemme 19, die Wicklung 57 und die negative Platte des Kondensators gebildet ist. Der sich in diesem Kreis ausbiidende Entladestrom bewirkt eine Durchflutung der Wicklung 57 in einer Richtung, die zu der Durchflutung bei leitendem Transistor 37 entgegengesetzt gerichtet ist. An den Wicklungen 57, 59 und 61 liegen daher Spannungen, die nicht mehr die eingezeichnete, sondern eine hierzu entgegengesetzte Richtung aufweisen. Der Transistor 37 wird daher sperren und der Transistor 39 leiten. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich hierauf für den Transistor 39. Hierbei wird in der Wicklung 27 eine Spannung induziert, die nicht die eingezeichnete, sondern eine entgegengesetzte Polarität hat.

Die Anordnung ist so getroffen, daß die. Stromkreise 33 und 35 abwechselnd offen und geschlossen sind. Dies hat zur Folge, daß in der Wicklung 57 eine Spannung induziert wird, die rechteckförmige Kurvenform aufweist und eine Frequenz besitzt, die von der Ladegeschwindigkeit des Kondensators 75 abhängt. Die Ladegeschwindigkeit eines Kondensators ist von der Zeitkonstante des Ladekreises abhängig.

Diese Zeitkonstante wiederum hängt ab von der Größe der Kapazität des Kondensators und von der Größe des Widerstandes im Ladekreis. In erster Linie ist es der Basiswiderstand des leitenden Transistors, der in den Widerstand des Kondensatorladekreises mit eingeht.

Es muß daher besonders erwähnt werden, daß die Frequenz des Wechselstroms an den Ausgangsklemmen 29 und 31 hauptsächlich von der Zeitkonstante des Kondensatorkreises abhängig ist und im wesentliehen unabhängig ist von der Größe der Batteriespannung.

Zweckmäßig wird die Frequenz der Ausgangsspanuung durch Veränderung der Kapazität des Kondensators geändert. Die Kapazitätsänderung bewirkt eine Änderung der Zeitkonstante des Ladekreises und damit eine Änderung der Ausgangsfrequenz.

Die im wesentlichen konstante Frequenz des Oszillators sowie die Möglichkeit der leichten Frequenzänderung über einen großen Bereich bietet viele Vo rteile. Ein weiterer Vorteil ist, daß gegenüber den induktiv erregten Kippschaltungen keine teueren Magnetkerne zur Steuerung der Schaltelemente benötigt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Oszillator mit in Gegentakt arbeitenden Schaltelementen, die von einem vom Lasttransformator getrennten Steuertransformator abwechselnd geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (57) des Steuer-

transformators (53) über ein elektrisches Speicherglied an die Speisespannung des Lasttransformators (11) angeschlossen ist.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherglied ein Kondensator (75) ist.

3. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Speichergliedes veränderbar ist.

4. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente Transistoren (37, 39) sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen