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Wechselrichter mit Transistoren Die Erfindung bezieht sich auf Wechselrichter,
bei welchen zur periodischen Schaltung des Primärgleichstromes Transistoren verwendet
werden. Solche Wechselrichter haben die Aufgabe, Gleichstrom in Wechselstrom umzuformen.
Sie werden häufig zum Betrieb von Wechselstromgeräten in solchen Fällen eingesetzt,
wo kein Lichtnetz zur Verfügung steht. Hierbei werden die Wechselstromgeräte unter
Zwischenschaltung des Wechselrichters von einer geeigneten Batterie, z. B. der Starterbatterie
eines Kraftfahrzeuges, gespeist. Bei bestimmten Wechselstromgeräten, wie z. B. bei
Tonbandgeräten, Diktiergeräten, Zeitlaufwerken usw., ist eine sehr genaue Einhaltung
der Frequenz der Speisewechselspannung erforderlich. Die Einhaltung der geforderten,
engen Frequenztoleranz muß auch bei den in der Praxis auftretenden starken Schwankungen
sowohl der Batteriespannung als auch der Belastung gewährleistet sein.
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Es ist bekannt, zu diesem Zweck Wechselrichter mit periodischer Schaltung
des Primärgleichstromes durch Transistoren einzusetzen, wobei über die Emitter-Kollektor-Strecke
der Transistoren Kondensatoren geschaltet werden zur Aufnahme der beim Übergang
der Transistoren vom stromführenden zum Sperrzustand frei werdenden Magnetfeldenergie
des Transformators. Die Aussteuerung der die periodische Unterbrechung des Primärgleichstromes
bewirkenden Transistoren erfolgt durch eine getrennte Steuerstufe, z. B. in Form
eines Transistoroszillators. Eine solche. Steuerstufe wird jedoch sehr aufwendig,
da bei der verlangten engen Frequenztoleranz hohe Anforderungen an die die Konstanz
der Frequenz bestimmenden Bauteile gestellt werden müssen. Diese Bauteile selbst
sind infolge der niedrig liegenden Frequenz des Wechselrichters relativ groß. Hinzu
kommt noch, daß zur Aussteuerung der Transistoren eine für solche Steuerstufen hohe
Leistung erforderlich ist, wodurch unter Umständen noch eine zusätzliche Treiberstufe
erforderlich sein kann. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich durch die stark schwankende
Eingangsgleichspannung. Man kann bei Betrieb an Batterien mit ± 20 % Spannungsschwankungen
rechnen, wobei sich keine Änderung der Wechselrichterfrequenz ergeben darf. Diese
Forderung bedingt eine zusätzliche Stabilisierung der Betriebsspannung der Steuerstufe.
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Zur Inbetriebnahme bzw. Ausschaltung der Wechselrichter sind Maßnahmen
bekannt, die es ermöglichen, die Wechselrichter selbsttätig vom Verbraucher aus
an- bzw. abzuschalten. Beim Anschluß der Belastung wird entsprechend der- gewählten
Schaltung ein Relais betätigt, das den Primärstromkreis schließt und beim Abschalten
des Verbrauchers wieder öffnet.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Wechselrichter, bei welchem die angeführten
Nachteile vermieden sind. Erfindungsgemäß erfolgt die Aussteuerung der zur Schaltung
des Primärstromes vorgesehenen Transistoren über die Kontakte eines Schwingkontaktrelals,
wobei die zur Aussteuerung der'-Transistoren erforderliche Spannung dem Wechselrichtertransformator
entnommen wird. Ein solches Schwingkontaktrelais läßt sich ohne Schwierigkeiten
so ausbilden, daß die Frequenz seines Schwingankers den gestellten Anforderungen
gerecht wird. Der Antrieb des Schwingkontaktrelais erfolgt zweckmäßigerweise mittels
eines getrennten Treibkontaktes. Es sind jedoch auch andere Lösungen des Antriebs
möglich. Die Vereinigung der frequenzgenauen Schaltung der Aussteuerung der Transistoren
mit der Entnahme der Steuerleistung aus dem Wechselrichtertransformator ergibt mit
geringstem Aufwand die geforderte hohe Frequenzkonstanz. Als weiterer Vorteil der
Anordnung gemäß der Erfindung ergibt sich ein günstigeres Verhalten des Wechselrichters
bei Überlastung oder sekundärseitigem Kurzschluß. Während in einem solchen Fall
bei Vorhandensein einer getrennten Steuerstufe weiterhin eine Aussteuerung der Transistoren
mit dem vollen Strom erfolgt, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung bei
einer sekundärseitigen Überlastung oder einem Kurzschluß ein Rückgang der Sekundärspannung
des Transformators, womit zwangläufig auch ein Rückgang der Steuerspannung verbunden
ist. Bei günstiger Bemessung kann infolge des Rückganges der Steuerspannung ein
Absinken der Sekundärspannung und des Sekundärstromes sowie des Eingangsgleichstromes
auf Werte erreicht werden, die für die Transistoren
ungefährlich
sind. Dadurch erübrigt sich ein besonderer, mit anderen Mitteln nur schwer erreichbarer
Schutz g .,egen Überlastung.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich beim Einsatz eines Schwingkontaktrelais
dadurch, daß ein solches Relais festliegende, auf bestimmte Werte einstellbare Schließ-
und Öffnungszeiten besitzt. Durch Wahl einer relativen Schließzeit von etwa
35 bis 40 1/o läßt sich als Kurvenforin der Ausgangsspannung eine angenäherte
Trapezforin erreichen, deren Verhältnis zwischen Effektivwert und arithmetischem
Mittelwert sowie zwischen Effektivwert und Spitzenspannun g etwa dem einer
Sinuskurve entspricht. Hierbei ist es vorteilhaft, einen Transformator mit Luftspalt
in Verbindung mit einem Stromwendekondensator entsprechender Größe zu wählen. Durch
diese Maßnahme bleibt die gewünschte trapezförinige Kurvenform der Ausgangsspannung
auch bei Belastung erhalten.
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Wird dieser Wechselrichter zur Speisung von Geräten mit Elektronenröhren
verwendet, so ergibt sich der Vorteil, daß die Heizwechselspannung sowie die durch
Gleichrichtung im Gerät erzielte Anodenspannung etwa dieselben Werte wie bei Netzbetrieb
haben, wogegen sich bei Betrieb mit der bei normalen Transistorwechselrichtern üblichen
rechteckförmigen Spannung eine im Verhältnis zur Heizspannung zu niedrige Anodenspannung
ergibt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsfonn der Erfindung läßt sich eine
einfache Sicherung gegen den Betrieb des Wechselrichters mit falsch gepolter Eingangsspannung
dadurch erzielen, daß in den Treibstromkreis des Schwingkontaktrelais ein Gleichrichter
eingeschaltet wird. Dieser Gleichrichter muß nur für einen geringen Durchlaßstrom
und eine geringe Sperrspannung ausgelegt sein und verhindert bei falsch gepolter
Eingangsspannung ein Schwingen des Schwingkontaktrelais, Gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung läßt sich ferner eine einfache selbsttätige Ein- und Ausschaltung
des Wechselrichters in Abhängigkeit vom Ein-und Ausschalten des angeschlossenen
Gerätes dadurch bewerkstelligen, daß im Treibstromkreis des Schwingkontaktrelais
die Emitter-KoRektor-Strecke eines Transistors eingeschaltet wird. Die Basis dieses
Transistors wird durch in den Sekundärstromkreis des Wechselrichters eingeschaltete
Bauelemente ausgesteuert.
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Bei der periodischen Ein- und Ausschaltung des Primärgleichstromes
durch die Transistoren treten infolge der Streu- und Querinduktivität des Transformators
Spannungsspitzen auf, welche zu einem Durchschlagen der Transistoren führen können.
Um dies zu vermeiden, können in bekannter Weise die beim Übergang der Transistoren
vom leitenden in den Sperrzustand frei werdenden Magnetfeldenergien des Transformators
von Kondensatoren aufgenommen werden, die parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke
der Transistoren liegen.
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Zwei Ausführungsbeispiele von Wechselrichtem nach der Erfindung sind
nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert.
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Fig. 1 zeigt in schematischer Form Aufbau und Schaltung eines
derartigen Wechselrichters, Fig. 2 in entsprechender Darstellung einen Wechselrichter
mit selbsttätiger Ein- und Ausschaltung in Abhängigkeit vom Ein- und Ausschalten
des Verbrauchers. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegt die Batterie
1 in üblicher Weise mit ihrem Minuspol an der Mittelanzapfung der Primärwicklung
2 des Transformators 3. Am Anfang und Ende der Primärwicklung 2 liegen die
Kollektoranschlüsse der die periodische Unterbrechung des Primärstromes bewirkenden
Transistoren 4 und 5. Die Basisanschlüsse der Transistoren 4 und
5 liegen einerseits über die Widerstände 6 und 7 auf Emitterpotential,
andererseits jedoch erhalten die Basisanschlüsse bei eingeschaltetem Zustand des
Wechselrichters, d. h. bei in Betrieb befindlichem Schwingkontaktrelais
10, abwechselnd eine negative Vorspannung gegenüber den Emitteranschlüssen,
die von den Wicklungen 13 und 1.4 des Transformators 3 geliefert wird.
Der Antrieb des Schwingkontaktrelais 10 erfolgt in bekannter Weise durch
eine Treibspule 9 in Verbindung mit dem Treibkontakt 15. Die Widerstände
16 und 17 in den Zuleitungen zu den Basisanschlüssen der Transistoren
4 und 5 dienen in bekannter Weise zur Stabilisierung und Einstellung des
Basisstromes. Ein Widerstand 18 in der Verbindungsleitung vom Pluspol der
Batterie 1 zum Schwinganker 19 des Schwingkontaktrelais
10 dient zur Erzeugung einer geringen negativen Vorspannung der Basisanschlüsse,
um damit einen einwandfreien Start des Wechselrichters zu gewährleisten.
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Parallel zu den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 4 und
5 sind die Kondensatoren 20 und 21 geschaltet. Diese dienen in bekannter
Weise dazu, die beim Übergang der Transistoren vom leitenden in den Sperrzustand
frei werdenden Magnetfeldenergien des Transformators 3 zu einem bestimmten
Teil aufzunehmen. Hierdurch soll die Beschädigung der Transistoren durch überspannungen
vermieden werden.
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Die Anschaltung des Lastwiderstandes 22 erfolgt an die Sekundärwicklung
23 des Transformators 3.
Der Kondensator 24 dient in bekannter Weise
als Stromwendekondensator. Ein Gleichrichter 25, der in den Treibstromkreis
des Schwingkontaktrelais 10
eingeschaltet ist, verhindert ein Inbetriebgehen
desselben bei falsch gepoltem Anschluß des Wechselrichters an die Batterie
1 und vermeidet hierdurch eine Beschädigung der Transistoren 4 und
5.
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Fig. 2 zeigt einen Wechselrichter, bei dem eine selbsttätige Ein-
und Ausschaltung in Abhängigkeit vom Ein- und Ausschalten des angeschlossenen Verbrauchers
22 mit dem Schalter 26 erfolgt. Zu diesem Zweck wird der aus Transformatorwicklung
23 und Lastwiderstand 22 gebildete Sekundärstromkreis durch Einschalten eines
Kondensators 27 galvanisch aufgetrennt.
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Weiterhin ist in den Treibspulenstromkreis des Schwingkontaktrelais
10 die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 28 eingeschaltet.
über einen Vorwiderstand 29 liegt der Basisanschluß des Transistors
28 an der dem Lastwiderstand 22 zugeordneten Klemme des Kondensators
27. Die der Sekundärwicklung 23 zugeordnete Klemme des Kondensators
27 liegt über eine Verbindungsleitung an dem Minuspol der Batterie
1. Beim Schließen des Schalters 26
gelangt über die Sekundärwicklung
23, den Lastwiderstand 22 und den Vorwiderstand 29 eine negative Vorspannung
auf die Basis des Transistors 28, welche ein Leitendwerden seiner Einitter-Kollektor-Strecke
bewirkt. Hierdurch wird das Schwingkontaktrelais 10
in Betrieb gesetzt und
der Wechselrichter nimmt seine
Funktion auf. Beim Öffnen des Schalters
26 wird die negative Basisvorspannung abgeschaltet. Der Basisanschluß des
Transistors 28 hegt nunmehr über den Widerstand 30 auf Emitter-Potential,
wodurch seine Emitter-Kollektor-Strecke in den Sperrzustand ver-.,kontaktrelais
10 abgeschalsetzt und das Schwing tet wird.