DE1095931B

DE1095931B - Einrichtung zur Umformung von Gleich-, Wechsel- oder Drehstrom in Wechsel- oder Drehstrom einstellbarer Frequenz

Info

Publication number: DE1095931B
Application number: DES44217A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Georg Sichling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-06-06
Filing date: 1955-06-06
Publication date: 1960-12-29

Description

DEUTSCHES

Dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Umformung von Gleich-, Wechsel- oder Drehstrom in Drehstrom beliebiger Frequenz zu schaffen, welche im Gegensatz zu rotierenden oder mit beweglichen Kontakten arbeitenden Umformern mit ruhenden Mitteln arbeitet und sich durch einen hohen Umformungswirkungsgrad auszeichnet. Das Hauptpatent geht davon aus, daß die umzuformende elektrische Energie in Form von Gleichstrom vorliegt, und formt deshalb einen Ausgangswechselstrom zunächst in Gleichstrom um. Zur Wechselrichtung benutzt es schnell schaltende, ruhende Schaltelemente, z. B. Transistoren, magnetisch steuerbare Halbleiterwiderstände, Hochvakuumröhren, die in einer • Ein- oder Mehrphasenbrückenschaltung angeordnet sind und in dem der gewünschten Frequenz des Ausgangs-Wechselstromes entsprechenden Takt geöffnet und geschlossen werden. Nach dem Hauptpatent werden bei einer solchen Einrichtung zur Steuerung der schnell ; schaltenden Schaltelemente ein Impulsgenerator mit veränderbarer Frequenz und ein Verteiler verwendet, der die Impulse des Impulsgenerators unter Umformung ■ in Rechteckimpulse in der durch die Brückenschaltung bedingten Reihenfolge den Schaltelementen zuleitet und dadurch deren Öffnung und Schließung bewirkt. Der Verteiler besteht dabei aus einer Mehrzahl von bistabilen Kippkreisen, welche sich gegenseitig abwechselnd dem : Umsteuereinfluß der vom Impulsgenerator gelieferten Impulse aussetzen, derart, daß die beiden Schaltelemente jedes Brückenzweiges in entgegengesetztem Sinne während je einer Halbperiode der Ausgangsfrequenz geöffnet und .geschlossen werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine besonders günstige Ausführungsform einer derartigen Einrichtung nach dem Hauptpatent. Sie ermöglicht eine einfache Frequenzänderung des Ausgangswechselstromes innerhalb weiter Grenzen und eine bessere Anpassung des niederohmigen Einganges der Schaltelemente an den hochohmigen Ausgang der Kippkreise. Ferner wird ein einfaches Mittel zur Potentialtrennung zwischen dem 'Verteiler und den Schaltelementen des Lastkreises einer- ;seits und den Verteilerkippkreisen untereinander andererseits sowie auch zwischen den Schaltelementen untereinander geschaffen. Die Erfindung verbessert die Ein- ^:richtung nach dem Hauptpatent dadurch, daß die 'Ausgänge der bistabilen Kippkreise an die Steuereingänge 'der jeder Phase der Ausgangswechselspannung zugeordneten Schaltelemente transformatorisch im Sinne jeiner gegenläufigen Steuerung derselben angekoppelt kind.

An Hand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung noch näher beschrieben. In Fig. 1 ist angenommen, daß aus ;inem Drehstromnetz ein Drehstrom veränderbarer Frequenz zu erzeugen sei, um beispielsweise einen Drei-Einrichtung zur Umformung

von Gleich-, Wechsel- oder Drehstrom

in Wechsel- oder Drehstrom einstellbarer

Frequenz

Zusatz zum Patent 1 080212

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Georg Sichling, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

phasenmotor in seiner Drehzahl willkürlich einstellen zu können.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Gleichrichteranordnung zur Umformung des Drehstromes aus dem Netz RST in Gleichstrom, mit 2 der Umrichter, der aus Schalttransistoren in Drehstrombrückenschaltung besteht, mit R', S', T' die drei Phasen des durch diese Brückenschaltung neu zu bildenden Drehstromnetzes anderer Frequenz und mit 3 der an dieses angeschlossene Dreiphasenmotor bezeichnet. Die Gleichrichteranordnung 1 ist ein normaler Drehstrombrückengleichrichter; sie kann aber auch als Mittelpunktgleichrichter oder in sonstiger bekannter Weise ausgeführt sein, und gegebenenfalls auch Doppelgermaniumgleichrichter enthalten, die nach Art von Transistoren aufgebaut sind, bei denen jedoch die Kollektor- und Emitterschichten sich gegenseitig nicht beeinflussen, was z. B. durch die Bemessung der Dicke der Basisschicht oder durch Verschieben der Emitter- und Kollektorschichten räumlich gegeneinander bewerkstelligt sein kann. Der Umrichter 2 ist aus sechs schnell schaltenden, ruhenden Schaltelementen in Form von Transistoren 11 bis 16 aufgebaut, die in Drehstrombrückenschaltung an den Ausgang des Gleichrichters 1 angeschlossen sind. Die Transistoren können normale Transistoren — Spitzen- oder Flächentransistoren — sein, die in den drei bekannten Schaltungsarten, nämlich basisgeerdet, emittergeerdet, kollektorgeerdet, angewendet werden können. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, Schalt-Flächentransistoren vom Typ PNP in emitter-

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geerdeter Schaltung anzuwenden, die sich dadurch aus- Kollektor des Transistors 61 und der Basis des Transi-

zeichnen, daß im geöffneten Zustand der Kollektor- stors60 sowie aus dem Widerstand 65 zwischen der

widerstand sehr klein, im gesperrten Zustand jedoch Basis des Transistors 60 und der positiven Zuleitung 38

sehr groß ist und daß der Stromverstärkungsfaktor und deren anderer aus dem i?C-Glied62 zwischen dem

möglichst groß gewählt ist, damit die Steuerleistung 5 Kollektor des Transistors 60 und der Basis des Transi-

klein bleibt. Mit 18 ist die dreiphasige Ständerwicklung stors 61 sowie aus dem Widerstand 64 zwischen dieser

des Motors 3 bezeichnet, zu der Kondensatoren 17 zur Basiselektrode und der positiven Zuleitung 38 besteht.

Glättung und Blindleistungskompensation parallel ge- Mit 66 ist ein im Emitterkreis der beiden Transistoren

schaltet sein können. 19 ist z. B. ein Kurzschlußläufer. liegender Widerstand bezeichnet, der zur Erzeugung

Die Schaltelemente 11 bis 16 des Umrichters 2 erhalten xo einer Sperrvorspannung an den beiden Transistoren 60,61

ihre Steuerspannungen im Takt der Frequenz des zu dient. Zum Widerstand 66 kann gegebenenfalls ein

erzeugenden Drehstromes R' S' T vom Impulsgenerator Kondensator 67 parallel liegen,

über den Verteiler 4. Soweit der Multivibrator 6 bis jetzt beschrieben ist,

Als Impulsgenerator 5 kann an sich jeder Impuls- würde er an sich in Abhängigkeit von den ihm wechsel-

generator verwendet werden, der Impulse mit steilen 15 weise zugeführten Impulsen des Impulsgenerators 5, die

Flanken erzeugt, also auch ein Impulsgenerator, der aus in Fig. 2b dargestellt sind, in folgender Weise arbeiten:

einem i?C-Glied in Verbindung mit einer Glimmlampe Beim Potentialanstieg an der Basis des Transistors 60 zu

besteht, wie er im Hauptpatent erwähnt ist. Im vor- Beginn des am Widerstand 22 entstehenden Impulses

liegenden Ausführungsbeispiel ist als Impulsgenerator öffnet der Transistor 60. Dadurch sinkt das Potential

ein astabiler Multivibrator verwendet, der mit Transi- ao am Punkt α ab, und es entsteht über den Spannungs-

storen 20, 21 arbeitet, welche über die Widerstände 22, 23 teilern 62, 64 an der Basis des Transistors 61 eine positive

an den Gleichstrom-Eingangsklemmen 24,25 parallel Spannung, welche diesen sperrt. Dieser Zustand bleibt

liegen. Die Basen der beiden Transistoren 20, 21 stehen erhalten, bis durch den am Widerstand 23 des Impuls-

einerseits über Widerstände 26,27 mit der Minusklemme 24 generators 5 entstehenden Impuls an die Basis des

und andererseits über Kondensatoren 28,29 mit den 25 Transistors 61 ein negativer Öffnungsimpuls gegeben

Kollektoren des jeweils anderen Transistors in Verbindung. wird, der den Transistor 61 öffnet und in analoger Weise

Die Kippschwingungsfrequenz ist hierbei abhängig von den Transistor 60 sperrt. Dieses Spiel würde sich im

der Größe der Widerstände 26, 27, über die die Umladung Takte der an den Widerständen 22 und 23 entstehenden

der Kondensatoren 28,29 erfolgt, und von der Größe Impulse wiederholen. Im gleichen Takt würden auch die

dieser Kondensatoren. Sie kann außerdem auch durch 30 Multivibratoren 7 und 8 arbeiten.

Änderung der an den Eingangsklemmen 24,25 liegenden Nun ist — wie noch näher beschrieben wird — der

Gleichspannung verändert werden. Durch das abwechs- Schalttransistor 11 dem Verteilertransistor 60, der Schalt-

lungsweise Öffnen und Schließen der Transistoren 20 transistor 12 dem Verteilertransistor 61, der Transistor 13

und 21 treten an den Widerständen 22 und 23 recht- dem Transistor 70 usw. zugeordnet. Soll durch den

eckförmige Impulse auf, die in der Phase um 180° ver- 35 Umrichter 2 ein Drehstrom erzeugt werden, so ist es

schoben und in Fig. 2 a dargestellt sind. erforderlich, daß die Transistoren 60,61,70,71 und 80,81

Der Verteiler 4 besteht aus einer der Phasenzahl der in dem in Fig. 2 c dargestellten Takt geöffnet und zu erzeugenden Ausgangswechselspannung entsprechenden geschlossen werden, d. h., die Taktfolge der drei bistabilen Anzahl, im vorliegenden Falle aus drei, bistabilen Kipp- Multivibratoren 6, 7 und 8 muß um 120° el. versetzt kreisen 6,7, 8. Dieser Verteiler 4 hat die Aufgabe, in 40 sein. Diese Taktfolge wird durch folgende Maßnahmen dem durch den Impulsgenerator 5 vorgegebenen Takt erreicht: Wird der Verteiler eingeschaltet, ohne daß der Rechteckimpulse in der durch die Brückenschaltung des Impulsgeber zunächst Takte vorgibt, dann sollen die Umrichters 2 bedingten Phasenlage zu erzeugen und sie bistabilen Multivibratoren des Verteilers so eingestellt in der richtigen Reihenfolge den einzelnen Schalt- sein, daß sie von selbst eine Lage einnehmen, die dem elementen 11 bis 16 zuzuführen. Zu diesem Zweck sind 45 Zustand I in Fig. 2c entspricht, d. h., der Transistor 60 die drei bistabilen Kippkreise 6,7, 8 als bistabile Tran- muß geöffnet, der Transistor 70 gesperrt und der Transisistor-Multivibratoren ausgebildet, wobei die Basis- stör 80 ebenfalls gesperrt sein. Entsprechend sind die elektroden der Transistoren 60, 70, 80 über Konden- Transistoren 61 gesperrt, 71 geöffnet und 81 ebenfalls satoren 30, 31, 32 und 34 an den Widerstand 22 des geöffnet. Die Vorspannungen an den Transistoren der Impulsgenerators 5 angekoppelt sind, während die Basis- 50 Verteiler sind nun so gewählt, daß die vom Impulselektroden der Transistoren 61, 71, 81 über die Konden- generator 5 eintreffenden Impulse keinen der Transistoren satoren 35, 36, 37 an den Widerstand 23 angekoppelt allein zu öffnen vermögen. Dies gelingt vielmehr erst dann, sind. Dadurch werden die Rechteckimpulse nach Fig. 2 a wenn durch eine zusätzliche Spannung die Vorspannung in Spannungsspitzen gemäß Fig. 2 b umgeformt. Von verringert wird, d. h. mit anderen Worten, der einzelne diesen Spannungsspitzen werden nur die nach oben 55 Transistor muß zuerst vorbereitet werden, damit er durch gezeichneten negativen Spitzen ausgenutzt; die nach einen vom Impulsgenerator kommenden Impuls geöffnet unten gezeichneten positiven Spitzen können daher durch werden kann. Diese Vorbereitung erfolgt jeweils dadurch, Dioden 39, 39', z. B. Germaniumdioden, abgeschnitten daß ein Multivibrator den nachfolgend umzusteuernden werden. beeinflußt. Aus den Fig. 2 a bis 2 c ersieht man, daß die

Im folgenden wird nur der Multivibrator 6 näher 60 Beeinflussung in folgender Weise geschehen muß:

beschrieben, da die Multivibratoren 7 und 8 in gleicher Geht man von dem Zustand I aus, so erkennt man,

Weise aufgebaut sind. Die Transistoren 60 und 61, als daß der nächstfolgende Impuls 3 den Transistor 70

welche vor allem Schalt-Flächentransistoren desTyps PNP öffnen und den Transistor 71 schließen muß. Als Vor-

in Betracht kommen, liegen einerseits am positiven bereitungsimpuls kann der vorhergehende Impuls 2

Potential der Leitung 38 und mit ihren Kollektoren über 65 dienen. Dieser Impuls hat den Transistor 80 geschlossen

die beiden Wicklungshälften einer Transformatorprimär- und den Transistor 81 geöffnet. Zur Vorbereitung des

wicklung 160 am negativen Potential der Leitung 40. Transistors 70, der geöffnet werden soll, dient deshalb

Das bistabile Verhalten wird erreicht durch je einen die Kollektorspannung des Transistors 80, der kurz

Spannungsteiler für die Basiselektroden der Transistoren vorher gesperrt wurde, so daß die Kollektorspannung

60, 61, deren einer aus dem ÄC-Glied 63 zwischen dem 70 angestiegen ist. Diese hohe Kollektorspannung erzeugt

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an einem Spannungsteiler, der durch die Widerstände 78 periode der Zerhackerfrequenz, zu steuern. Dazu kann mit und 75 des Multivibrators 7 gebildet ist, einen Spannungs- Vorteil eine nachfolgend mit »Amplivibrator« bezeichnete abfall, der die Vorspannung am Transistor 70 anhebt, Schaltungsanordnung 9 dienen, die im Ausführungsso daß beim Eintreffen des nächsten Impulses 3 aus dem beispiel mit Transistoren arbeitet. Diese Anordnung Impulsgenerator 5 der Transistor 70 öffnet. Der Impuls 5 5 besteht im wesentlichen aus einem astabilen Multisoll den Transistor 80 öffnen. Zur Vorbereitung kann der vibrator mit den beiden Transistoren 90 und 91, den vorhergehende Impuls 4 dienen, der den Transistor 60 Widerständen 92, 93, den Kondensatoren 94, 95 sowie gesperrt und den Transistor 61 geöffnet hat. Dement- den Widerständen 96, 97. Der Multivibrator ist über sprechend kann die Kollektorspannung des Transistors 60 Widerstände 98 und 99 an die Gleichspannungsquelle 100 wieder mit Hilfe eines Spannungsteilers 88, 85 zur Vor- io angeschlossen. Ein derartiger astabiler Multivibrator bereitung des Transistors 80 für die Öffnung durch den würde — wie bereits bei der Beschreibung des Impulsnachfolgenden Impuls 5 herangezogen werden. In gleicher generators 5 ausführlich dargelegt wurde — symmetrische Weise wird der Transistor 60 des Multivibrators 6 zur Rechteckimpulse konstanter Frequenz abgeben. Um das öffnung durch den Transistor 70 des Multivibrators 7 Tastverhältnis der Impulse zu ändern, sind Gleichrichter vorbereitet. Entsprechendes gilt auch bezüglich der 15 101 und 102 vorgesehen, die derart an die Basiselektroden Transistoren 61,71, 81, welche ihre Vorbereitungspoten- der Transistoren 90 und 91 gelegt sind, daß ihre Durchtiale über die Widerstände 69, 79, 89 in zyklischer Folge laßrichtung von den Basiselektroden wegzeigt. Die andere von den anderen Multivibratoren erhalten. Elektrode der Dioden 101, 102 ist mit einer Anordnung

Zur Übertragung der einzelnen von den Transistoren verbunden, die aus den Widerständen 103, 104, der 60, 61, 70, 71 und 80, 81 in der in Fig. 2c dargestellten 20 Spannungsquelle 105 und dem Transistor 106 besteht. Reihenfolge erzeugten Impulse dienen die Transforma- Diese Anordnung wird von der Gleichspannungsquelle 107 toren mit den Primärwicklungen 160,170,180, über gespeist. Die zuletzt geschilderte Anordnung hat die deren Mittelanzapfungen die Kollektoren dieser Transi- Aufgabe, die an den beiden Dioden 101 und 102 anstoren an der negativen Potentialleitung 40 liegen. liegenden Spannungen in gegenläufigem Sinne gleich-Jedem dieser Transformatoren sind zwei Sekundär- 25 zeitig zu verändern und damit die beim Kippen des wicklungen 161, 162, 171, 172 und 181, 182 zugeordnet, astabilen Multivibrators an den Basiselektroden der die in der dargestellten Weise mit den Schalttransistoren Transistoren 90, 91 auftretenden positiven Spannungs-11 bis 16 des Umrichters 2 in Steuerverbindung stehen. spitzen ebenfalls gegenläufig abzuschneiden. Dies hat zur Ist beispielsweise der Transistor 60 geöffnet und dem- Folge, daß die Schließungsdauer der beiden Transistoren entsprechend der Transistor 61 geschlossen, so fließt ein 30 ebenfalls gegenläufig verändert wird, so daß an den Strom von Plus über den Transistor 60 und die linke Widerständen 92 und 93 Impulse entstehen, deren Tast-Primärwicklungshälfte 160 nach Minus. Dementsprechend verhältnis durch die Steuerung des Transistors 106 verliegt an der Basis des Transistors 11 ein negativer Impuls, änderbar ist. Die an dem Widerstand 92 auftretende der diesen öffnet. An der Basis des Transistors 12 dagegen Ausgangsspannung des Amplivibrators wird nun den liegt ein positiver Impuls, der diesen sperrt. Sobald der 35 bistabilen Multivibratoren 6,7,8 des Verteilers 4 als Speise-Multivibrator 6 in die andere Wirklage kippt, also der spannung zugeführt und zu diesem Zweck an die Klemmen Transistor 61 geöffnet und der Transistor 60 gesperrt ist, 38, 40 angeschlossen. Die Kippfrequenz des Amplivibrafließt Strom über den Transistor 61 und die rechte Hälfte tors kann man so hoch wählen, daß der Gesamtimpuls in der Transformatorprimärwicklung 160 nach Minus. Dann eine Mehrzahl von Abschnitten zerhackt wird. Beispielsentsteht an der Basis des Transistors 12 ein negativer 40 weise kann — wie beim ersten Impuls der Phase R' in Öffnungsimpuls und am Transistor 11 ein positiver Sperr- Fig. 2d angedeutet ist — der Gesamtimpuls aus acht impuls. Es werden also die Transistoren 11 und 12 gleich langen Abschnitten bestehen, die durch- gleich jeweils im entgegengesetzten Sinne gesteuert. Hinsichtlich lange Pausen voneinander getrennt sind (Tastverhältder Steuerung der Transistorpaare 13, 14 und 15, 16 gilt nis 1:2). Der Mittelwert dieser Spannung wird dann Analoges. 45 etwa bei der halben Maximalspannung liegen. Um den

Auf diese Weise wird an die Leitungen R', S', T' eine Mittelwert zu erhöhen, brauchen nur die Pausen ver-Dreiphasenspannung rechteckiger Kurvenform gelegt, kleinert und die Spannungsabschnitte entsprechend verwie sie in Fig. 2d dargestellt ist. Die Frequenz dieser breitert zu werden. Dieser Mittelwert ist abhängig von der Dreiphasenspannung und damit die Drehzahl des Höhe der dem Steuertransistor 106 an den Klemmen 108 Motors 3 sind bestimmt durch die Kippfrequenz des 50 zugeführten Steuergleichspannung. Impulsgenerators 5. Zur Frequenz- bzw. Drehzahl- Da nun zur Verringerung der Drehzahl des Motors 3 änderung kann die Frequenz dieses Impulsgenerators 5 nicht nur die Frequenz des Impulsgenerators 5 verringert geändert werden. Hierzu kann — wie schon oben ange- werden muß, sondern bei geringerer Drehzahl auch nur deutet wurde —■ die Betriebsspannung dieses astabilen eine entsprechend niedrigere Betriebsspannung angelegt Multivibrators 5 geändert werden, wozu sich jedes 55 werden soll, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung beliebige, an sich bekannte Mittel verwenden läßt. Im mit der Änderung des Spannungsmittelwertes durch Ausführungsbeispiel der Fig. 1 liegen die Klemmen 24 Änderung des Tastverhältnisses des Amplivibrators 9 und 25 an einem Steuertransistor 106, der als Verstärker gleichzeitig eine Änderung der Frequenz des Impulswirkt und dessen weitere Aufgabe nachfolgend noch generators 5 bzw. des Dreiphasensystems R' S' T' vernäher beschrieben wird. 60 bunden. Zu diesem Zweck erhält der astabile Multi-

Außer der Frequenzregelung ist es aber auch vorteil- vibrator, der den Impulsgeber 5 darstellt, seine Verhaft und in vielen Fällen sogar erforderlich, noch eine sorgungsspannung von dem gleichen Transistor 106, der Spannungsregelung vorzunehmen. Hierzu kann das an auch das Tastverhältnis des Amplivibrators bestimmt, sich in einem anderen Zusammenhang bereits vorge- Auf diese Weise wird mit der Verringerung der Frequenz schlagene Prinzip angewandt werden, die Ausgangs- 65 auch eine Verkleinerung des Tastverhältnisses des Amplispannung in einem bestimmten Rhythmus in einzelne vibrators 9 und damit eine Verkleinerung des Mittel-Abschnitte zu zerhacken und den Mittelwert der Aus- wertes der Ausgangsspannung des Umrichters 2 erreicht, gangsspannung durch entsprechende Wahl des söge- Diese gegenseitige Abhängigkeit zwischen Frequenz des nannten Tastverhältnisses, d. h. des Verhältnisses zwischen Impulsgenerators 5 und Tastverhältnis des Amplivibra-Dauer des Spannungsabschnittes zur Dauer der Gesamt- 70 tors 9 wird man nicht streng proportional wählen, sondern

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dem Motortyp anpassen, so daß bei der Frequenz Null gekoppelten Schalttransistoren 11 bis 16 umsteuern. Ent-

bereits eine bestimmte Mindestspannung vorhanden ist. sprechend der geringen, von den Multivibratoren 6, 7, 8

Da die bistabilen Multivibratoren 6,7, 8 des Verteilers 4 abgegebenen Leistung können diese sowie der Ampli-

vom Multivibrator 9 mit einer zerhackten Spannung vibrator 9 und der Impulsgenerator 5 für geringere gespeist werden, würden sie nicht ordnungsgemäß arbeiten 5 Leistung bemessen werden.

können, wenn an ihnenwährend der Tastpausen überhaupt In Fig. 1 ist die Größe der Transformatoren 160, 161, keine Spannung liegen würde. Aus diesem Grund ist der 162; 170, 171, 172 und 180, 181, 182 nach der Steuer-Widerstand 98 vorgesehen, über den der Amplivibrator leistung der Schalttransistoren 11 bis 16 einerseits und die Multivibratoren des Verteilers 4 speist. Über diesen andererseits nach der niedrigsten Frequenz zu bemessen, Widerstand 98 fließen die Ströme der beiden abwechselnd i° die mit dem Umrichter 2 erzeugt werden soll. Dies eingeschalteten Transistoren 90, 91, so daß an ihm eine bedeutet beispielsweise bei einem Drehzahlregelstromkonstante Gleichspannung abfällt, die so groß ist, daß der bereich von 1 : 10 bei einer Höchstfrequenz von 50 Hz, Kippvorgang in den bistabilen Multivibratoren 6, 7, 8 daß die Transformatoren etwa zehnmal so groß ausgelegt gerade mit Sicherheit aufrechterhalten wird, aber nicht werden müssen wie 50-Hz-Transformatoren entsprechenso hoch ist, daß über die Sekundärwicklungen der Trans- 15 der Leistung. Bei großen Steuerleistungen bedeutet dies formatoren 160,170,180 den Schalttransistoren 11 bis 16 einen relativ großen Aufwand an Steuertransformatoren, zu ihrer Umsteuerung ausreichend hohe Impulse zu- Um die Transformatoren 160 bis 162, 170 bis 172, 180 fließen. Gegebenenfalls können in die Steuerkreise der bis 182 kleiner ausführen zu können, werden diese gemäß Transistoren 11 bis 16 besondere Schwellwertdioden 41 einer Weiterbildung der Erfindung mit einer erhöhten bis 46 eingeschaltet werden, welche verhindern, daß in ao Frequenz betrieben, wie es an sich bereits anderweitig den Pausen zwischen den einzelnen Tastimpulsen des vorgeschlagen wurde. Die Betriebsfrequenz dieser Trans-Amplivibrators den Schalttransistoren 11 bis 16 Steuer- formatoren bei der Schaltung nach Fig. 1 ist die Umschaltströme zufließen. An Stelle des Widerstandes 98 können frequenz der Multivibratoren 6,7,8, da der Amplivibrator9 die Kollektoren der Transistoren der Multivibratoren nur eine Gleichstromtastung vornimmt, bei der keine 6,7, 8 auch über Widerstände 47 bis 52 an ein konstantes 35 Rückmagnetisierung der Transformatoren eintritt. Es negatives Potential gelegt werden, wodurch die Transi- wird deshalb ein besonderer Wechselstromgenerator stören der Multivibratoren eine gewisse Grundbelastung höherer Frequenz vorgesehen, der die Speisespannung für erhalten. Da in diesem Falle der Transistorstrom während die Multivibratoren 6, 7 und 8 des Verteilers liefert. Dieser der Tastpausen des Amplivibrators 9 über diese Wider- höherfrequente Wechselstrom kann seinerseits von einem stände 47 bis 52 fließt, ist in dieser Zeit der Strom in den 30 dem Amplivibrator 9 in Fig. 1 entsprechenden Gerät Transformatorprimärwicklungen 160, 170, 180 Null, so getastet werden, wobei zur Änderung des Spannungsdaß hierbei die Schwellwertdioden 41 bis 46 überflüssig mittel wertes an den Ausgangsklemmen R', S', T wiederum sind. eine Änderung des Tastverhältnisses möglich ist.

Je nach der Schaltleistung der Schalttransistoren 11 In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel hierfür gezeigt, bis 16 benötigen diese entsprechend hoheSteuerleistungen, 35 In diesem sind 6', 7', 8' die bistabilen Multivibratoren des

die von dem Verteiler 4 aufgebracht werden müssen. Verteilers 4, die im wesentlichen den gleichen Aufbau

Um diese zu verkleinern und dementsprechend den Auf- haben können wie die entsprechenden Multivibratoren

wand für den Verteiler und auch für den Impulsgenerator5 6, 7 und 8 in Fig. 1. Unterschiedlich ist nur, daß in jedem

und den Amplivibrator 9 zu vereinfachen, ist es vorteil- Multivibrator 6', 7', 8' statt eines Transformators (Fig. 1)

haft, die Schalttransistoren 11 bis 16 mit einer Rück- 40 zwei getrennte Transformatoren vorhanden sind. Die

kopplung zu versehen. Hierfür ist in Fig. 3 ein Beispiel Primärwicklungen dieser getrennten Transformatoren

gezeigt. sind mit 165,166,175,176 und 185,186 bezeichnet; ihnen

In Fig. 3 sind mit 160,170 und 180 wiederum die ist je eine Sekundärwicklung 167, 168, 177, 178 und 187,

Primärwicklungen der Verteilertransformatoren der Fig. 1 188 zugeordnet. Jeder der Primärwicklungen ist ein

bezeichnet. 11 bis 16 sind die Schalttransistoren, weiche 45 Kondensator 169,169', 179, 179', 189,189' vorgeschaltet,

von den Sekundärwicklungen 161, 162, 171, 172 und 181, Der höherfrequente Wechselstrom, welcher dem Wechsel-

182 gesteuert werden. Zusätzlich sind auf jedem Trans- stromgenerator 120 entstammt, durchfließt dann als

formator noch zwei weitere Wicklungen 163,164,173,174, solcher abwechselnd je nach dem Betriebszustand der

183, 184 aufgebracht, die in den Kollektorkreisen der Multivibratoren 6', 7', 8' entweder die eine oder die andere

Transistoren 11 bis 16 liegen und so geschaltet sind, daß 5° der Transformatorprimärwicklungen 165, 175, 185 bzw.

sie die Wirkung der Wicklungen 161, 162, 171, 172, 181, 166,176,186. Auf der Sekundärseite werden dann Wechsel-

182 unterstützen. Dadurch wird in an sich bekannter spannungen der höheren Frequenz induziert, und zwar

Weise die Steuerleistung entsprechend dem Rückkopp- jeweils von der Dauer der einzelnen Kippzeiten der

lungsfaktor herabgesetzt. Multivibratoren 6', 7', 8'. Diese höherfrequenten Wechsel-

Solche mit Rückkopplung ausgerüstete Schalttransi- 55 Spannungsimpulse werden dann wieder gleichgerichtet,

stören können derart ausgelegt werden, daß sie zur Her- z. B. durch einen Zweiweggleichrichter, wobei ein

stellung eines bestimmten Betriebszustandes, d. h. der Gleichrichter gleichzeitig durch den zugeordneten Schalt-

Stromführung oder der Stromsperrung, nur einen kurzen transistor 11 bis 16 gebildet werden kann, während der

Anstoß durch einen Impuls erfordern, zur Aufrecht- zweite aus einer besonders eingeschalteten Diode 111 bis

erhaltung dieses Betriebszustandes selbst aber keine 60 116, z. B. einer PN-Diode, oder einem sonstigen Trocken-

Steuerleistung mehr benötigen. Es ist deshalb nicht gleichrichter bestehen kann.

erforderlich, den Schalttransistoren Rechteckimpulse von Als Wechselstromgenerator 120 kann an sich jeder der Dauer ihrer Öffnungs- und Sperrzeiten zuzuführen, beliebige Wechselstromerzeuger verwendet werden, wenn wie es beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Fall ist. man durch geeignete, an sich bekannte Maßnahmen dafür Schaltet man in Fig. 1 den Transformatorprimär- 65 sorgt, daß er durch Spannungsbegrenzung zumindest eine wicklungen 160, 170, 180 beiderseits je einen Kondensator rechteckähnliche Spannung mit steilen Flanken an den vor, wie es gestrichelt eingezeichnet ist, so entstehen bei Verteiler 4 liefert. Vorteilhaft wird ein derartiger Wechseljedem Kipp Vorgang in den Multivibratoren 6, 7, 8 nur stromgenerator zur Erzeugung einer Rechteckwechselkurze Spannungsspitzen an den Transformatorprimär- spannung mit Transistoren entsprechend der Fig. 4 aufwicklungen 160, 170, 180, welche die gemäß Fig. 3 rück- 70 gebaut.

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Der Wechselstromgenerator 120 kann nach einem ander- Multivibrators 9, so hat die an der Sekundärwicklung 128 weitigen Vorschlag aus den beiden Transistoren 123 und induzierte Wechselspannung die in Fig. 5 c dargestellte 124, vorzugsweise PNP-Flächentransistoren, bestehen, Form, d. h., die im Amplivibrator 9 durch periodische deren Kollektoren mit der Primärwicklung 122 eines Gleichspannungstastung erzeugten Gleichspannungsim-Transformators 127 in Verbindung stehen. Die umzu- 5 pulse werden durch den Generator 120 lediglich abformende Gleichspannung liegt einerseits an der Mittel- wechselnd umgepolt. T₁ ist in diesem Falle sowohl die anzapfung der Transformatorprimärwicklung 122 und Periodendauer des Amplivibrators wie des Rechteckgeneandererseits an den Emittern der beiden Transistoren 123, rators 120, Wenn das Tastverhältnis des Amplivibrators 9 124. Die Basiselektroden werden von zusätzlichen Sekun- durch Änderung der an seinen Steuerklemmen 108 Hedärwicklungen 125 und 126 gespeist. Da die Sperrströme io genden Gleichspannung geändert wird, so werden die der beiden Transistoren von Natur aus nicht gleich sind, schraffiert gezeichneten Impulse entsprechend länger oder fließen in den beiden Hälften der Primärwicklung 122 kürzer.

verschieden große Ströme, so daß eine Magnetisierung in In Fig. 5d ist wiederum (entsprechend Fig. 5 b) gezeigt, einer Richtung eintritt und z. B. in der Sekundärwicklung wie der Impulszug nach Fig. 5c in jedem der Multivibra- 125 eine Spannung induziert wird, die den Transistor 123 15 toren 6', 7', 8' auf die Primärwicklungen ihrer zugeöffnet, während die in der Sekundärwicklung 126 indu- ordneten Transformatoren aufgeteilt wird,
zierte Spannung den Transistor 124 sperrt. Sobald der Die mit den Einrichtungen nach Fig. 1 und 4 erhaltenen Transformator 127 gesättigt ist, wird in den Sekundär- Wechselspannungen, die auf die Ständerwicklung 18 des wicklungen 125 und 126 keine Spannung mehr induziert. Motors 3 gegeben werden, verlaufen rechteckförmig. Bei Die Folge ist, daß der Transistor 123 sperrt, weil sein ao normal gebauten Drehstrommotoren hat ein derartiger Steuerpotential auf Null sinkt. Durch das plötzliche Verlauf der Spannungen zur Folge, daß Oberwellen auf-Unterbrechen des Stromes durch diesen Transistor wird treten, die zu erheblichen Verlusten im Motor führen. Man in der Sekundärwicklung 126 eine Spannung induziert, kann zwar durch geeignete Auslegung der Motoren erweiche entgegengesetzt gerichtet ist wie vorher und nun- reichen, daß eine Ausbildung von Oberwellen erschwert mehr den Transistor 124 öffnet, bis der Transformator 25 ist. Ferner kann man durch Glättungskondensatoren bzw. sich wiederum sättigt und sich das Spiel wiederholt. Auf abgestimmte Kreise bewirken, daß ein angenähert sinusdiese Weise entstehen in den beiden Hälften der Primär- förmiger Verlauf zustande kommt. Dies macht jedoch die wicklung 122 aufeinanderfolgende Rechteckspannungs- Anwendung besonderer Mittel erforderlich, was bei impulse entgegengesetzter Richtung, welche in der größeren Motoren zu einem erheblichen Kostenaufwand Sekundärwicklung 128 eine Wechselspannung mit recht- 30 führt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können eckiger Kurvenform induzieren. unmittelbar sinusförmige Wechselströme erhalten werden,

Damit die Ausgangsspannung des Umrichters 2 in wenn man die Tastung der Speisespannung der einzelnen

ihrem Mittelwert geändert werden kann, läßt sich die bistabilen Multivibratoren des Verteilers während jeder

Speisespannung für den Rechteckgenerator 120 mit ver- Halbperiode so verändert, daß der erhaltene Mittelwert

änderlichem Tastverhältnis periodisch unterbrechen. 35 wenigstens annähernd sinusförmigen Verlauf hat. Man

Hierzu kann der gleiche Amplivibrator 9 verwendet kann hierzu wieder einen Amplivibrator verwenden und

werden, wie er an Hand der Fig. 1 bereits beschrieben mit diesem die Rechteckimpulse des Verteilers in Impulse

wurde. Auch der Impulsgenerator 5 kann der gleiche sein höherer Frequenz zerlegen, deren Tastverhältnis so ein-

wie in Fig. 1. gestellt ist, daß es während jedes Verteilerimpulses zu-

Auf diese Weise wird vom Rechteckgenerator 120 40 nächst auf ein Maximum zu- und dann wieder abnimmt,

während jedes Tastimpulses des Amplivibrators 9 eine Wie schon angedeutet wurde, reicht es in den meisten

Wechselspannung rechteckiger Kurvenform in der Se- Fällen aus, wenn der Verlauf wenigstens annähernd sinus-

kundärwicklung 128 induziert, d. h., die an deren Aus- förmig ist. Bei einem solchen Verfahren ist zu berück-

gangsklemmen entstehende Spannung hat etwa die Form, sichtigen, daß das Tastverhältnis der höheren Frequenz

wie sie in Fig. 5 a dargestellt ist. Die Transformatoren der 45 bei Drehstrom für alle drei Phasen getrennt annähernd

Verteiler 6', 7', 8' erhalten somit Rechteckwechsel- sinusförmig verändert werden muß, damit drei um 120°

spannungen, die im Takte des Amplivibrators 9 getastet versetzte Sinuswellen oder sinusartige Kurvenformen

sind, wobei das Tastverhältnis des Amplivibrators 9 die entstehen. Die zu lösende Aufgabe ist weiterhin dadurch

Höhe des Spannungsmittelwertes der vom Umrichter 2 erschwert, daß die Frequenz des Verteilers nicht konstant

erzeugten Dreiphasenspannung und die Frequenz der vom 50 ist, da ja — wie es an Hand der Fig. 1 schon beschrieben

Generator 120 erzeugten Rechteckwechselspannung die wurde — die Drehzahl des Motors durch Änderung der ihm

Größe der Transformatoren 165/167, 166/168, 175/177 zugeführten Frequenz gesteuert werden soll. Der zeitlich

usw. bestimmt. Wählt man diese Frequenz hoch, so sinusförmige Verlauf muß also auch unabhängig von

können die Transformatoren entsprechend klein ausgelegt dieser Frequenz sein, dagegen ist es nicht erforderlich, daß

werden. Die Frequenz des Rechteckgenerators 120 braucht 55 auch die Tastfrequenz verändert wird. Sie muß nur höher

nicht in jedem Falle höher als die Tastfrequenz des sein als die Verteilerfrequenz. Es scheint zunächst

Amplivibrators 9 zu sein; es reicht gegebenenfalls aus, schwierig zu sein, das Tastverhältnis der höheren Frequenz

wenn beide Frequenzen gleich groß sind. unabhängig von der Ausgangsfrequenz zu machen, da

In Fig. 5a ist t die Periodendauer der Frequenz des zwar der Einschaltaugenblick bekannt ist, jedoch der Rechteckgenerators 120, T₁ die Periodendauer der Tast- 60 Frequenzverlauf sowohl abhängig vom Einschalt- als frequenz des Amplivibrators 9 und T₂ die Periodendauer auch vom Ausschaltaugenblick, d. h. von der Impulslänge, der Kippfrequenz eines bistabilen Multivibrators, ζ. B. 6', ist. Da die Grundfrequenz aber ihrerseits wieder von der des Verteilers 4. Durch den Multivibrator 6' wird der vom Höhe der Kollektorspannung an den Transistoren der Rechteckgenerator 120 gelieferte, in Fig. 5 a dargestellte bistabilen Multivibratoren des Verteilers, z. B. am Tran-Impulszug abwechselnd im Takt der vom Impulsgene- 65 sistor 106 (Fig. 1), abhängt, kann man diese Spannung als rator 5 bestimmten Kippfrequenz auf die beiden Trans- ein Maß für die höhere Frequenz ansehen,
formatorprimärwicklungen 165, 166 gegeben, wie es in An Hand der in Fig. 6 dargestellten Schaubilder wird Fig. 5 b veranschaulicht ist. zunächst das angewendete Verfahren beschrieben. In

Ist — wie oben bereits erwähnt wurde ·— die Frequenz Fig. 6 a ist ein von einem der bistabilen Multivibratoren

des Rechteckgenerators 120 gleich der Tastfrequenz des 70 des Verteilers gemäß Fig. 1 gelieferter Einzelrechteck-

11 12

impuls dargestellt, dessen Länge einer bestimmten Fre- In den Fig. 6b, 6 e sind diese Spannungen U₁ und CT₂ quenz des Ausgangswechselstromes, z. B. 50 Hz, ent- eingetragen, die den (Frequenz-) Steuerspannungen entspricht. Rechts daneben ist in Fig. 6d der entsprechende sprechen.

Impuls für die halbe Frequenz, z. B. 25 Hz, dargestellt, Es muß nun noch dafür gesorgt werden, daß die Steuerder dementsprechend die doppelte Länge hat. Es sei 5 spannung nach Erreichen des Maximums B₁ bzw. B₂ zunächst angenommen, daß dieser Rechteckimpuls nicht wieder linear abnimmt. Dazu ist die in Fig. 8 gezeigte in einen sinusförmigen, sondern in einen der Sinusform Schaltung geeignet. 200 bedeutet eine Gleichspannungsangenäherten dreieckförmigen Ausgangsimpuls umge- quelle, 201 ein Potentiometer, an dem die Spannung Ub = wandelt werden soll. Die entsprechenden dreieckförmigen Ub₁ = Ub₂ abgegriffen ist. 204 bedeutet den Konden-Impulse sind in Fig. 6b und 6e in demselben Zeitmaßstab io sator, dessen Spannung, wie oben angegeben, über einen wie in Fig. 6a bzw. 6d dargestellt. Da wegen der bei einer Widerstand 205 von einer Gleichspannung U₂₀₆, die Amplitudensteuerung auftretenden Verluste eine Mittel- proportional der Verteilerfrequenz ist, aufgeladen wird, wertbildung durch Zerhacken unter entsprechender Wahl Die Differenz der beiden Spannungen Ub und Uc wird desTastverhältnissesder Zerhackerfrequenz vorgenommen nun auf eine Gleichrichterbrücke 202 gegeben, die den wird, ist das Tastverhältnis der Zerhackerfrequenz, mit 15 Absolutwert der Differenz (Ub — Uc) = U₂₀₃ bildet, der der einzelne Verteilerimpuls zerhackt wird, so zu In Fig. 9 sind die Spannungen Ub, Uc, Ub — Uc und ändern, daß der Mittelwert den in Fig. 6b bzw. 6e dar- \Uß—· Uc\ = U₂₀₃ in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt, gestellten dreieckigen Verlauf nimmt. In Fig. 6c und 6f I_n Fig. 10a ist gezeigt, wie der — zu Fig. 6b bzw. 6e ist dies veranschaulicht. Die Fig. 6b und 6e stellen gleich- spiegelbildliche — Verlauf der Spannung an dem Widerzeitig die Steuereingangsspannung des Gerätes dar, das ao stand 203 während des. einzelnen Verteilerimpulses (Fig. 6 a — wie später gezeigt wird — die Impulse gemäß Fig. 6 a bzw. 6d) zur Tastung der Verteilerimpulse mit dem in bzw. 6 d in die Impulse gemäß Fig. 6 c bzw. 6f zerhackt. Fig. 6 c bzw. 6f dargestellten Tastverhältnis verwendet Die in Fig. 6 a, 6b dargestellte Steuerspannung nimmt werden kann.

von I bis II bzw. von la bis II« linear auf einen Höchst- I_n Fig. 11 sind der Gleichrichter 1, der Umrichter 2,

wert S₁ bzw. B₂ zu und von II bis III bzw. Ua bis III« 35 der Motor 3, der Verteiler 4 und der Impulsgenerator 5

symmetrisch dazu wieder ab. Stellt man die Bedingung, wieder die gleichen wie in Fig. 1. Unterschiedlich im

daß die Amplitude eines solchen Dreieckimpulses konstant, Verteiler ist lediglich, daß den Primärwicklungen 160,170,

also unabhängig von der Frequenz sein soll, dann müssen 180 noch je eine dritte Sekundärwicklung 225, 325 und

auch die Amplituden B₁ und' B₂ einander gleich sein. Da 425 hinzugefügt ist, deren Aufgabe nachfolgend noch

nun aber die halbe Periodendauer T₁ = \ · T₂ ist, so ist ³° beschrieben wird. Zur Einstellung der Frequenz des

·* Impulsgenerators 5 ist wieder ein Transistor verwendet,

der Spannungsanstieg der mit 106' bezeichnet und durch eine an die Klemmen

. 108' angelegte Gleichspannung steuerbar ist. Die am

5l ₌ Ei. Ausgangswiderstand 103' abfallende Spannung speist

dt T₁ 35 sowohl den Impulsgenerator 5 als auch die bistabilen

2 Multivibratoren 6, 7, 8 des Verteilers und bestimmt die

Frequenz des Impulsgenerators 5. Demgemäß ist auch

doppelt so schnell wie der Spannungsanstieg ^_{6 Höhe} der Verteilerimpulse proportional ihrer Frequenz,

, jj ijj und es wird demnach in der Sekundärwicklung 225 bei

Ei. = ^J-. 40 jedem Verteilerimpuls eine der Impulsfrequenz des

dt T₂ Verteilers entsprechende Spannung induziert. Diese

2 Spannung dient als Eingangsspannung U₂₀₆ für eine der

Fig. 8 entsprechende Umsetzeinrichtung, deren Einzel-

Legt man an einen Kondensator C über einen Wider- teile die gleichen Bezugszeichen 200 bis 205 wie dort

stand R eine Spannung U an, wie es in Fig. 7 veran- 45 haben. Ferner ist ein astabiler Multivibrator vorhanden,

schaulicht ist, so gilt der im wesentlichen den gleichen Aufbau hat wie der

~ Z Impulsgenerator 5, aus den Transistoren 213 und 214,

jj _ Tg ι J_ / jfa. jj _ Jl / Tfo den Widerständen 215 bis 219 und den beiden Konden-

cj ' cj ' satoren 220,221 besteht und von der Gleichspannungs-

⁰ ° 50 quelle 222 gespeist wird. Unterschiedlich zur Schaltung

Solange nun die Kondensatorspannung U_c klein bleibt des Impulsgenerators 5 ist nur, daß — ähnlich wie bei

gegen die angelegte Spannung U, wird der Strom einge- den bistabilen Multivibratoren des Verteilers — in die

prägt und nur durch U bestimmt sein, also Kollektorkreise der beiden Transistoren 213 und 214 die

beiden Hälften der Primärwicklung eines Transformators

τ ₌ _. 55 212 eingeschaltet sind. Die Frequenz dieses astabilen

R Multivibrators ist wesentlich höher als die Frequenz des

Dann gilt also auch Impulsgenerators 5 bzw. des Verteilers 4, und zwar

υ JJj mindestens ein Mehrfaches dieser Frequenz. In der

/ = Jc — — = C · , Sekundärwicklung wird demgemäß eine Rechteckwechsel-

R dt 60 spannung induziert, welche durch das ÄC-Glied 210, 211

11.1.JOJC .. dUc .· 1 in eine Dreieckwechselspannung umgeformt wird. Diese

d. h. aber, daß der Spannungsanstieg —=— proportional , , , , . ^r, „ ° , ° , . , ■ ,. ,^_n

' ^v ^{6 6} dt ^{v r} steht dann am Ausgang des Doppelweggleichnchters 209

der angelegten Spannung U wird. bzw. am Widerstand 208 in Form einer Dreieckspannung

Nimmt man als angelegte Spannung U die Steuer- zur Verfügung, wie sie in Fig. 10 a als negative Spannung

spannung des Impulsgenerators, deren Höhe ja, wie aus 65 dargestellt ist. Die am Widerstand 203 abfallende Span-

der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, pro- nung, welche gemäß Fig. 9 verläuft, ist dieser Spannung

portional mit der Frequenz ist, dann läßt sich, wie ge- am Widerstand 208 entgegengeschaltet, so daß alsSteuer-

, j , . dU . . j , ,„ ,. , ., spannung für den Transistor224 eine dreieckförmige

fordert, em —— erzielen, das ebenfalls proportional nut _c ^{r b} ,, .., , , , . ,->. _{Λ n} , . , ^ö,,

dt r r Spannung auftritt, welche den in Fig. 10a gestrichelt

der Frequenz anwächst. 70 eingezeichneten Verlauf hat. Man ersieht aus dieser

Figur, daß diese Dreieckspannung das Nullpotential zunächst über zunehmende Zeiträume unterschreitet (Minus ist oben) und daß anschließend die Abstände zwischen den Schnittpunkten mit der Nullinie wieder linear abnehmen. Da der Transistor 224 nur bei negativem Basispotential geöffnet ist, entstehen an ihm Impulse, die gemäß Fig. 10b in ihrer Breite bis zur Mitte des einzelnen Verteilerimpulses zu- und dann wieder abnehmen, so daß der Mittelwert der Spannung während eines Verteilerimpulses dreieckförmig verläuft. Entsprechend der Fig. 10b werden auch die Transistoren 11 bis 16 des Umrichters getastet, und man erhält auf diese Weise eine der Sinusform angenäherte dreieckförmige Dreiphasenspannung zum Betrieb des Motors 3, bei der die Verluste, die durch Oberwellen auftreten, erheblich ig geringer sind als bei einer rechteckförmigen Ausgangsspannung, wie sie bei der Einrichtung nach Fig. 1 erhalten wird.

In Fig. 11 ist nur die Tastung auf dreieckförmigen Mittelwert für den Multivibrator 8 des Verteilers 4 ao gezeichnet. Der gestrichelt umrandete Schaltungsteil 226 muß auch für die Multivibratoren 6 und 7 vorhanden sein, da die zu erzeugenden Dreieckimpulse für jeden Multivibrator um 120° verschoben sein müssen. Zu diesem Zweck kann der Transformator 212 zwei weitere Sekundärwicklungen aufweisen, an denen die Rechteckwechselspannungen für die beiden weiteren Umsetzeinrichtungen 226 abgenommen werden können. Die zugehörigen Anschlüsse sind mit α bis h bezeichnet.

Fig. 11 zeigt ein Beispiel für eine kontaktlos arbeitende Einrichtung zur Erzeugung einer sinusähnlichen Ausgangswechselspannung des Umrichters 2. Man kann ohne weiteres aber auch eine unmittelbar sinusförmige Ausgangswechselspannung oder zumindest eine der Sinusform mehr angenäherte Ausgangswechselspannung erhalten, wenn man das Tastverhältnis nicht dreieckförmig, sondern sinusförmig ändert, indem man z. B. an Stelle des Kondensators 204 einen Schwingungskreis setzt, der auf die Frequenz der Tastimpulse des Verteilers abgestimmt ist, so daß die Spannung CZ₂₀₃ in Fig. 10 a nicht dreieckförmig, sondern nach Art einer Sinushalbwelle verläuft. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die an den Widerstand 208 anzulegende sinusförmige oder sinusähnliche Spannung auf andere an sich bekannte Weise zu erzeugen.

Bei der Schaltung nach Fig. 11 ist vorausgesetzt, daß die Amplitude Us unabhängig von der Frequenz des Verteilers konstant bleibt. Dementsprechend wäre auch die Ausgangsspannung des Umrichters 2 unabhängig von der Frequenz konstant. Wie schon oben erwähnt wurde, ist es jedoch für motorische Verbraucher günstiger, wenn mit zunehmender Frequenz bzw. Drehzahl auch die Spannung steigt. Wenn die Spannung Ub linear mit der Frequenz zunehmen soll, ist es notwendig, daß die Spannung CT₂₀₆ (Fig. 8) quadratisch mit der Frequenz zunimmt, wie sich aus obigen Überlegungen zu Fig. 6 ergibt. Um dies zu erreichen, kann eine Quadrierung der von den Sekundärwicklungen 225, 325 und 425 an den Klemmen g, h abgenommenen Impulsspannung vorgenommen und die quadrierte Spannung über den Widerstand 205 an den Kondensator 204 gelegt werden. Hierzu kann eine Anordnung nach Fig. 12 Verwendung finden.

In Fig. 12 erzeugt die an der Sekundärwicklung 225 abfallende Spannung einen ihr proportionalen Strom, der sowohl den magnetfeldabhängigen Widerstand 230 als 6g auch dessen Feldspule231 durchfließt. Die andern magnetfeldabhängigen Widerstand entstehende Hallspannung ist dann bekanntlich proportional dem Quadrat der Spannung an der Sekundärwicklung 225. Diese Hallspannung wird über einen Transistor 232 verstärkt und fällt an dem Widerstand 233 ab. Die über den Widerstand 205 am Kondensator 204 liegende Spannung ändert sich somit quadratisch mit der Frequenz.

Um zu vermeiden, daß in Fig. 11 die mit der Frequenz des Impulsgenerators 5 steigende Impulsspannung an den Sekundärwicklungen 161, 162, 171, 172, 181, 182 der Transformatoren der einzelnen Multivibratoren 6,7 und 8 zu hoch wird, können diesen Wicklungen in an sich bekannter Weise Schwellwertgleichrichter parallel geschaltet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Umformung von Gleichstrom oder gleichgerichtetem Wechsel- oder Drehstrom in Wechsel- oder Drehstrom einstellbarer Frequenz durch Auf- und Zuregelung von in einer Brückenschaltung liegenden, schnell schaltenden, ruhenden elektronischen Schaltelementen (z. B. Transistoren) durch einen Impulsgenerator mit veränderbarer Frequenz und einer der Phasenzahl der zu erzeugenden Frequenz entsprechenden Anzahl von bistabilen Kippkreisen, die nacheinander dem Umsteuereinfluß des Impulsgenerators ausgesetzt werden und dessen Impulse unter Umformung in Rechteckimpulse den Schaltelementen so zugeleitet werden, daß die beiden Schaltelemente jedes Brückenzweiges im entgegengesetzten Sinne während je einer Halbperiode der Ausgangsfrequenz geöffnet und geschlossen werden, nach Patent 1 080 212, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der bistabilen Kippkreise an die Steuereingänge der jeder Phase der Ausgangs wechselspannung zugeordneten Schaltelemente transformatorisch im Sinne einer gegenläufigen Steuerung derselben angekoppelt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einzelne bistabile Kippkreis (6, 7, 8) des Verteilers (4) und die ihm vom Impulsgenerator (5) zufließenden Steuerimpulse so aufeinander abgestimmt sind, daß die Steuerimpulse zur Umsteuerung des Kippkreises erst in der Lage sind, wenn ein Vorbereitungsimpuls vorliegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbereitungsimpuls das zur Umsteuerung des einzelnen Kippkreises (6, 7, 8) erforderliche Potential so weit anhebt, daß das vom Impulsgenerator (5) gelieferte Umsteuerkommando zur Einleitung des Kippvorganges in der Lage ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbereitungsimpulse eines Kippkreises (z. B. 6) den Schaltelementen eines anderen Kippkreises (z. B. 8) entstammen, der den zeitlich unmittelbar vorausliegenden Umsteuerimpuls für ein Schaltelement (15, 16) des Umrichters (2) liefert.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einzelne Kopplungstransformator (z. B. 160, 161,162) zwei Primärwicklungen (160) aufweist, die in den beiden Kippzuständen des zugeordneten Kippkreises (6) von entgegengesetzten Strömen durchflossen werden und denen je eine Sekundärwicklung (161,162) für die entgegengesetzte Steuerung zweier Schaltelemente (11,12) des Umrichters (2) zugeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen Kippkreise (6, 7, 8) des Verteilers (4) bistabileTransistor-Multivibratorensind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippimpulse für die bistabilen Transistor-Multivibratoren einem astabilen Transistor-Multivibrator (5) mit veränderbarer Kippfrequenz entstammen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Kippfrequenz des astabilen Transistor-Multivibrators (5) durch Änderung der Betriebsspannung desselben erfolgt.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung des Mittelwertes der vom Umrichter (2) abgegebenen Spannung Mittel vorhanden sind zum periodischen Tasten der Ausgangsspannung des Umrichters mit veränderbarem Tast-Verhältnis.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Mittelwertsteuerung der vom Umrichter abgegebenen Spannung im Speisekreis für die bistabilen Kippkreise (6,7, 8) des Verteilers (4) eine Schalteinrichtung (9) liegt, welche die Speisespannung für den Verteiler in periodische Spannungsabschnitte einstellbarer Dauer umformt.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (9) ein astabiler Multivibrator, insbesondere Transistor-Multivibrator solcher Schaltung ist, daß das Verhältnis seiner Kippzeiten durch Änderung einer angelegten Steuerspannung veränderbar ist (Amplivibrator 9).

12. Einrichtung nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung für den als Impulsgenerator wirkenden Transistor-Multivibrator (5) und die Steuerspannung für den Amplivibrator (9) der gleichen Quelle entstammen.

13. Einrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Multivibratoren (6, 7, 8) des Verteilers (4) eine konstante Grundspannung liegt, welche die Kippvorgänge dieser Multivibratoren aufrechterhält, aber nur so hoch ist, daß keine zum Umsteuern der Schaltelemente (11 bis 16) ausreichenden Steuerimpulse entstehen.

14. Einrichtung nach Anspruch 5 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß in die Steuerkreise für die Schaltelemente (11 bis 16) des Umrichters (2) Schwellwertdioden (41 bis 46) eingeschaltet sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (11 bis 16) des Umrichters (2) mit einer vorzugsweise transformatorischen Rückkopplung ausgerüstet sind (Fig. 3).

16. Einrichtung nach Anspruch 5 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß den Primärwicklungen (160, 170 180) der Kopplungstransformatoren Kondensatoren vorgeschaltet sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung für die Multivibratoren (6, 7, 8) des Verteilers (4) eine Wechselspannung von mindestens annähernd rechteckförmiger Kurvenform und höherer Frequenz als die höchste Umschaltfrequenz dieser Multivibratoren ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Amplivibrator (9) und Verteiler (4) ein Wechselrichter (120) eingeschaltet ist, der die Gleichstromimpulse des Amplivibrators wechselrichtet (5 c) oder den einzelnen Gleichstromimpuls des Amplivibrators in eine höherfrequente Wechselspannung mindestens annähernd rechteckiger Kurvenform umformt (Fig. 5 a).

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Wechselrichter (120) ein astabiler Transistor-Multivibrator verwendet ist, dessen beide Kippstufen transformatorisch unter sich und mit dem Ausgang gekoppelt sind.

20. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Tastung der Ausgangswechselspannung des Umrichters (2) mit einem während jeder Halbperiode der Ausgangswechselspannung derart zu- und abnehmenden Tastverhältnis erfolgt, daß der sich ergebende Spannungsmittelwert wenigstens annähernd sinusförmigen Verlauf hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

009 680/216 12.60