-
Anordnung zur Erzeugung von drei um 120° phasenverschobenen Spannungen
aus einer einphasigen Steuerspannung gleicher Frequenz Die Erfindung betrifft eine
Anordnung zur Erzeugung von drei gegenseitig um 120° phasenverschobenen Spannungen
sowie der drei dazu gegenphasigen Spannungen, die eine feste Phasenlage in bezug
auf eine einphasige Steuerspannung gleicher Frequenz haben.
-
Es sind Anordnungen zur Erzeugung von dreiphasigen Spannungen aus
einer einphasigen Steuerspannung bekannt, die drei Kippschaltungen enthalten, die
derart zu einem Ring zusammengeschaltet sind, daß jeweils der Eingang einer Kippschaltung
auf den Eingang der folgenden Kippschaltung einwirkt, so daß jeweils ein Eingang
bei dem einen Zustand der vorhergehenden Kippschaltung gesperrt und bei dem anderen
Zustand offen ist. Den Eingängen der drei Kippschaltungen wird außerdem die einphasige
Steuerspannung parallel so zugeführt, daß sie in jeder Periode diejenige Kippschaltung
in den anderen Zustand bringt, deren Eingang durch die vorangehende Kippschaltung
geöffnet ist. Dadurch werden die drei Kippschaltungen zyklisch der Reihe nach betätigt.
Ihre Ausgangsspannungen stellen dann drei gegeneinander regelmäßig phasenverschobene
Spannungen dar.
-
Bei diesen bekannten Anordnungen beträgt aber die Frequenz der Ausgangsspannungen
nur den dritten Teil der Frequenz der Steuerspannung.
-
Demgegenüber besteht ein Bedarf an Anordnungen, welche Dreiphasenspannungen
erzeugen, die die gleiche Frequenz wie die zugeführte Steuerspannung haben und außerdem
in einer ganz bestimmten Phasenlage zu dieser stehen. Dreiphasenspannungen dieser
Art werden beispielsweise zur Steuerung der Wechselrichter benötigt, die als Sender
für 175-Hz-Fernsteuerungssignale auf Hochspannungs-Energieversorgungsnetzen benutzt
werden.
-
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine erste
Rechteckspannungserzeugerschaltung vorgesehen ist, der die Steuerspannung zugeführt
wird und die zwei gegenphasige Rechteckspannungen mit der Frequenz der Steuerspannung
abgibt, daß dieser ersten Schaltung ein auf die dritte Oberwelle dieser Frequenz
abgestimmtes Filter nachgeschaltet ist, daß der Ausgang des Filters an eine zweite
Rechteckspannungserzeugerschaltung angeschlossen ist, die zwei gegenphasige Rechteckspan-.
nungen mit der Frequenz der dritten Oberwelle abgibt, daß die Ausgangsspannungen
der zweiten Rechteckspannungserzeugerschaltung nach Differentiation und Gleichrichtung
parallel den ersten bzw. den zweiten Eingängen von drei Kippschaltungen zugeführt
werden, daß die beiden Ausgänge der ersten und der zweiten Kippschaltung jeweils
mit dem ersten bzw. dem zweiten Eingang der folgenden Kippschaltung in an sich bekannter
Weise so verbunden sind, daß jeweils ein Eingang bei dem einen Zustand der vorhergehenden
Kippschaltung offen und bei dem anderen Zustand gesperrt ist, und daß die beiden
von der ersten Rechteckspannungserzeugerschaltung abgegebenen Rechteckspannungen
dem ersten bzw. dem zweiten Eingang der ersten Kippschaltung zugeführt werden.
-
Die nach der Erfindung ausgeführte Anordnung enthält also wie die
zuvor erwähnten bekannten Anordnungen drei Kippschaltungen; diese sind aber nicht
zu einem Ring zusammengeschaltet, sondern so in Kaskade geschaltet, daß die Ausgänge
der ersten Kippschaltung die Eingänge der zweiten und die Ausgänge der zweiten die
Eingänge der dritten Kippschaltungen steuern, während die Ausgänge der dritten Kippschaltung
keine Eingänge steuern. Die Eingänge der ersten Kippschaltung werden unmittelbar
durch die aus der Steuerspannung abgeleiteten Rechteckspannungen mit der gleichen
Frequenz gesteuert. Sämtlichen Eingängen werden außerdem die aus der dritten Oberwelle
der Steuerspannung abgeleiteten Impulse zugeführt, deren Folgefrequenz also das
Dreifache der Frequenz der Steuerspannung beträgt.
-
Diese Anordnung ergibt die Wirkung, daß die von den Ausgangsspannungen
der Kippschaltungen gebildeten
Dreiphasenspannungen die gleiche
Frequenz wie die Steuerspannung haben. Die Phasenlage der Ausgangsspannung der ersten
Kippschaltung wird direkt durch die Steuerspannung bestimmt, und die Ausgangsspannungen
der beiden folgenden Kippschaltungen sind um 120 bzw. 240° dagegen phasenverschoben.
Diese Phasenlage tritt auch nach jedem Abschalten und Wiedereinschalten der Anordnung
selbsttätig ein.
-
Die Erfindung wild an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert.
Darin zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild der nach der Erfindung ausgeführten Anordnung
und F i g. 2 Diagramme des -zeitlichen .Verlaufs der Spannungen an verschiedenen
Punkten der Schaltung von F i g. 1.. .
-
F i g. 1 zeigt eifren beispielsweise mit einer Schwingzunge oder einer
Stimmgabel frequenzstabilisierten Hauptoszillater 1, der. eine Smusspannung So mit
der Frequenz f abgibt. An diesen Hauptoszillator ist ein auf die Frequenz f abgestimmter
Verstärker 2 angeschlossen. Diesem ist eine Begrenzerschalfung 3 nachgeschaltet,
beispielsweise vom Typ -der Schmitt-Kippschaltung, die. zwei .gegenphasige Rechteckspannungen
S1 und S2 er'zeu'gt. "Die eine dieser beiden Spannungen, beispielsweise die zu der
- Spannung So des Oszillators _l, gegenphasige Spannung S1, wird einem Filter-4
zugeführt,- das -auf die Frequenz 3 f abgestimmt ist- und'- daher " nur die dritte
Oberwelle der Emgangsspannüe S1 durchläßt. Diese Oberwelle wird in dem Verstärker
5 verstärkt, der auf die Frequenz 3 f abgestimmt ist und- dem eine- Begrenzerschaltung
6 nachgeschaltet.. ist, die der Schaltung 3 analog ist. Dadurch -werden zwei weitere
gegenphasige Rechteckspannringen S3 und S4 erzeugt.
-
An die Schaltung 6 sind. zwei Differentiations-Gleichrichterschaltungen.10
angeschlossen,-- welche für jede ansteigende - Flanke -der ihnen zugeführten
Rechteckspännungen-S3 bzw. S4 einen positiven -Impuls liefern. Diese positiven Impulse
werden den Eingängen von drei bistabilen Kippschaltungen 7, 8, 9
zugeführt,
und zwar die aus der Differentiation der Spannung S3 erhaltenen positiven Impulse
den linken Eingängen und -die, von der -Spannung S¢ stammenden Impulse den rechten
Eingängen. Die Ausgangsspannungen dieser drei Kippschaltungen werden für die Kippschaltung
7 mit S, und So, für die Kippschaltung 8 mit S7 und - S8 und für die - Kippschaltung
9 mit S9 und S1o bezeichnet. Die sechs Eingänge der Kippschaltungen können mit Hilfe
von Torschaltungen 11 bis 16 gesperrt werden, die beispielsweise aus einem Kondensator
bestehen, auf den eine Diode folgt, an die eine negative Vorspannung gelegt werden
kann, deren Wert größer als die Spannung der Eingangsimpulse ist. Diese Torschaltungen
sind wie folgt angeschlossen: -Die aus der Schaltung 3 kommenden Spannungen-S" S2
werden den Torschaltungen 11 und 12 zugeführt, welche die Eingänge
der Kippschaltung 7 steuern, die Ausgangsspannungen S5 und So der Kippschaltung
7 werden den Torschaltungen 13 und 14 zugeführt, welche die Eingänge der Kippschaltung
8 steuern, und die Ausgangsspannungen S7 und S8 der Kippschaltung 8 werden den Torschaltungen
15 und 16 zugeführt, welche die Eingänge der Kippschaltung 9 steuern.
-
Die Wirkungsweise.dieser Anordnung zur Erzeugung von Rechteckspannungen
soll nun unter Bezugnahme auf die in F i g. 2 dargestellten Diagramme erläutert
werden, in denen die Zeit auf der Abszisse aufgetragen ist. Der Hauptoszillator
1. erzeugt eine sinusförmige Spannung So mit der Frequenz f, die nach Verstärkung
in dem abgestimmten Verstärker 2 und Beschneidung in der Begrenzerschaltung 3 in
zwei gegenphasige Rechteckspannungen S, und S2. umgewandelt wird, wobei die Spannung
S2 in Phase mit der Steuerspannung So ist. Die eine Spannung S1 wird dem Filter
4 zugeführt, welches daraus die dritte Oberwelle mit der Frequenz 3 f herauszieht.
Diese Oberwelle geht bei jedem dritten Mal gleichzeitig mit der Steuerspannung So
durch Null. Sie wird mittels des abgestimmten Verstärkers 5 verstärkt und in der
Begrenzerschaltung 6, welche der Schaltung 3 analog ist, in Rechteckspannungen umgeformt,
wodurch die beiden gegenphasigen Rechteckspannungen S3 und S4 erhalten werden.
-
Die Differentiations-Gleichrichterschaltungen 10 erzeugen auf Grund
der Rechteckspannungen S3, S4 positive Impulse A, B, C bzw. D; E, F,
die in F i g. 2 durch -Pfeile angedeutet sind und mit den Vorderflanken der Rechteckspannungen
zusammenfallen. Diese Impulse werden den einen bzw. den anderen Eingängen der drei
Kippschaltungen 7, 8, 9 zugeführt. Es könhen jedoch nicht sämtliche Impulse das
Umkippen der Kippschaltungen hervorrufen, weil die Wirkung eines Teils davon mittels
der an die Torschaltungen 11 bis 16 gelegten Spannungen aufgehoben ist. Da die Eingänge
der Kippschaltung 7 durch die von der Schaltung 3 kommenden Rechteckspannungen S1
und S2 gesteuert sind, kann von den aus der Spannung S2 abgeleiteten Impulsen
A, B, C nur ein einziger Impuls, nämlich der mit einer positiven Halbwelle
der Spannung S1 zusammenfallende Impuls C, das Umkippen der Kippschaltung 7 hervorrufen.
Ebenso werden die von der Spannung S4 stammenden Impulse D und E durch die Spannung
S2 unwirksam gemacht, und nur der mit einer positiven Halbwelle der Spannung S2
zusammenfallende Impuls F ruft das Umkippen der Kippschaltung 7 in der entgegengesetzten
Richtung hervor. Die Ausgangsspannungen dieser Kippschaltung sind in F i g. 2 durch
die gegenphasigen Rechteckwellen S5 und S6 dargestellt, für die-leicht-zu erkennen
ist, daß sie in bezug auf die Spannungen S1 und S2 um 120° phasenverschoben sind.
-
Die Spannungen SS und So dienen ihrerseits zur Steuerung der Eingänge
der folgenden Kippschaltung 8, und diese Kippschaltung liefert in gleicher Weise
zwei gegenphasige Rechteckspannungen S7 und S8, die erneut um 120° gegen die Spannungen
S5 und S., also um 240° gegen die Spannungen S1 und S2 phasenverschoben sind. Die
Spannungen S7 und S8 werden in gleicher Weise zur Steuerung der Eingänge der letzten
Kippschaltung 9 verwendet, so daß an deren Ausgang zwei gegenphasige Rechteckspannungen
S9 und S" erhalten werden, die gegen die Signale S7 und S8 um 120° phasenverschoben
sind. Dadurch, daß von drei Impulsen jeweils zwei gesperrt werden, verfügt man also
am Ausgang der Kippschaltungen über drei gegenphasige Spannungspaare, von denen
,jedes Paar um genau 120° gegen die beiden anderen Paare phasenverschoben ist.
-
Bei der beschriebenen Art der Zuführung der Steuerspannungen wird
die gewünschte Wirkung nicht dadurch verhindert, daß die Sperrung bestimmter Impulse
mit der Vorderflanke einer Rechteckhalbwelle zusammenfällt. Während beispielsweise
die
Sperrung des Impulses A durch die Spannung S1 keine Schwierigkeit
bietet, fällt die Sperrung des Irilpulses B mit der Vorderflanke der positiven Halbwelle
von S1 zusammen; dieser Umstand ruft jedoch keinen Nachteil hervor, weil sich die
Wirkung der Sperrschaltungen infolge der langsamen Entladung der Kondensatoren der
Torschaltungen über das Anlegen der Steuerspannungen hinaus verlängert.
-
Es ist zu bemerken, daß die aus der letzten Kippschaltung 9 kommenden
Spannungen S9 und Slo, die um dreimal 120' in bezug auf die Spannungen S1 und S2
phasenverschoben sind, theoretisch gleichphasig mit diesen Spannungen sind, so daß
die letzte Kippschaltung fortgelassen werden könnte. Es ist jedoch zu berücksichtigen,
daß eine geringfügige Phasenverschiebung zwischen den Spannungen S1, S2 und den
Spannungen S3, S4, die insbesondere durch das Filter 4 hervorgerufen wird, die einwandfreie
Wirkung der Sperrung nicht behindert; wenn jedoch eine solche Phasenverschiebung
besteht, wären die Phasenverschiebungen zwischen den drei Ausgangsspannungen nicht
regelmäßig. Durch die Kippschaltung 9 wird erreicht; daß die Phasenverschiebungen
zwischen den Spannungen S5, S s; S 7 , S$; S9, Slo genau
ein Vielfaches von 60' sind.
-
Schließlich sind auch die Spannungen S5 bis Slo m einer bestimmten
Phasenbeziehung zu der Steuerspannung, wie dies vorausgesetzt wurde. Diese Bedingung
wird dadurch erfüllt, daß die Spannungen S9, Slo sehr weitgehend gleichphasig mit
den Spannungen S1, S2 sind; die ihrerseits in Phase mit der Steuerspannung So sind.
Die Genauigkeit dieser Phasenlage ist, wie bereits erläutert wurde, weniger gut
als die Phasenverschiebungen zwischen den verschiedenen Ausgangsspannungen selbst,
doch kann man erreichen, daß diese geringfügigen Phasenunterschiede auf ein Mindestmaß
herabgesetzt werden, insbesondere durch Maßnahmen zur Temperaturkompensation des
Filters 4.