DE1291412B - Hochfrequenzgenerator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzgenera- schaffen, der den genannten Beschränkungen in der tor mit einer kapazitiven Speichereinrichtung und Größe der erzeugbaren Frequenz nicht unterliegt und einem in einer Richtung wirkenden Resonanzlade- der gleichzeitig aber auch den bei einigen bekannten kreis, der eine erste Schaltvorrichtung, welche die Schaltungen bereits erzielten Vorteil beibehält, daß kapazitive Speichereinrichtung mit einer gegebenen 5 die Ausgangsspannung keinen oder nahezu keinen Ladungspolarität aus einer Speisequelle periodisch Gleichspannungsanteil enthält, auflädt, und eine zweite Schaltvorrichtung enthält, Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die abwechselnd mit der ersten Schaltvorrichtung vorgeschlagen, einen weiteren, in einer Richtung wirarbeitet, um die kapazitive Speichereinrichtung in kenden Resonanzladekreis vorzusehen, der eine dritte Resonanz mit einem abgestimmten Ausgangskreis zu io Schaltvorrichtung, die abwechselnd mit der ersten entladen, dessen Abstimmungsfrequenz wesentlich Schaltvorrichtung arbeitet, um die kapazitive Speihöher ist als die Schaltfrequenz der Schaltvorrichtun- chereinrichtung mit einer der gegebenen Polarität gen. entgegengesetzten Polarität periodisch aufzuladen, Es ist bekannt, zur Erzeugung von Hochfrequenz und eine vierte Schaltvorrichtung enthält, die ab-Schaltungen zu verwenden, bei denen mit Hilfe von 15 wechselnd mit der dritten Schaltvorrichtung arbeitet, steuerbaren Schalteinrichtungen Energie auf einen um dem Ausgangskreis abwechselnde Energiestöße Schwingkreis mit einer Her gewünschten Frequenz in entgegengesetzten Richtungen zuzuführen, entsprechenden Resonanzfrequenz gegeben wird. Die Schaltung eines Hochfrequenzgenerators nach Eine solche Schaltung weist dann einen Kondensator der Erfindung bietet den Vorteil, daß sie mit einer auf, der abwechselnd aufgeladen und entladen wird, 20 Grundfrequenz betrieben werden kann, die kleiner wobei die Entladung auf den Resonanzkreis in der- als die zu erzeugende Ausgangsfrequenz ist. Es ergibt jenigen Zeit erfolgt, in der die Aufladung des Kon- sich ein beträchtlicher Vorteil daraus, daß es jetzt densators gesperrt ist. Während die Aufladung des möglich ist, daß die für die Abschaltung der steuerals Energiespeicher dienenden Kondensators über baren Gleichrichtervorrichtungen zur Verfügung eine gesteuerte erste Schalteinrichtung erfolgt, dient 25 stehende Zeitdauer innerhalb des Leistungsbereichs zur Steuerung des Entladevorganges eine zweite praktisch jeder geeigneten steuerbaren Halbleiter-Schaltvorriphtung, die also dann durchschaltet, wenn gleichrichtervorrichtüng liegt. Obwohl die steuerdie erste Schaltvorrichtung¹ gesperrt und der Konden- baren Gleichrichtervorrichtungen noch die Fähigkeit sator aufgeladen ist. Nach der Entladung des Kon- haben müssen, Anodenspannungsänderungsgeschwindensators auf den Resonanzkreis wird die zweite 3° digkeiten zu widerstehen, die der Ausgangsfrequenz Schaltvorrichtung gesperrt, und die erste Schaltvor- entsprechen, sind die Schwierigkeiten, die mit der richtung schaltet zur Freigabe einer erneuten Kon- Herstellung steuerbarer Gleichrichter mit einer guten densatoraufladung wieder durch. Anstiegsgeschwindigkeitscharakteristik und mit nur Die bisher bekannten Schaltungen, die dieses Prin- kleinen Abschaltzeiten verknüpft sind, beträchtlich zip verwenden, haben den Nachteil, daß sie nur zur 35 geringer. Mit Hilfe der Erfindung sind jetzt Ausgangs-Erzeugung von Frequenzen bis zu einer bestimmten frequenzen bis zu mindestens 20 kHz praktisch erGröße geeignet sind, und stabil und einwandfrei ar- zielbar.

behende Schaltungen, die beispielsweise 10 kHz oder Eine Schaltung nach der Erfindung weist den weisogar mehr erzeugen, sind bisher nur schwer oder teren wichtigen Vorteil auf, daß die Lastklemmen überhaupt nicht in zufriedenstellender Weise zu ver- 4° kurzgeschlossen werden können, ohne daß ein fehlerwirklichen. „ haftes Arbeiten oder eine unzulässige Überlastung Nun ist es ferner bekannt, das beschriebene Schal· des Stromkreises verursacht wird; der hochfrequente tungsprinzip auch nach Art symmetrischer Schaltun- Ausgang wird wiederhergestellt, sobald der Fehler gen aufzubauen, wobei die Schaltvorrichtung die beseitigt ist.

Energiestöße intermittierend in entgegengesetzten 45 Weiterhin kann bei Schaltungen nach der Erfin-

Richtungen an den Resonanzkreis anlegen. dung eine Steuerung der Höhe der Ausgangsspan-

Es wurde auch für die beschriebenen Schaltungen nung leicht dadurch erreicht werden, daß die Zünd-

bereits vorgeschlagen, antiparallelgeschaltete Gleich- frequenz der steuerbaren Gleichrichtervorrichtungen

richter einerseits über eine Drosselspule an eine geändert wird, und für Anwendungen, bei denen die

Stromquelle und andererseits über einen Kopplungs- 50 Ausgangswellenform von geringer Bedeutung ist, wie

kondensator in Parallelschaltung mit dem Resonanz- z. B. bei Induktionserhitzungseinrichtungen, bildet

kreis zu verbinden, wobei die für einen Stromdurch- dies einen sehr nützlichen Vorteil, und schaltet die

gang erforderlichen positiven Gittersteuerimpulse den Notwendigkeit für die Verwendung einer teueren

Gleichrichtern gleichzeitig aufgeprägt werden. Energieregeleinrichtung aus.

Alle Schaltungen haben jedoch den Nachteil ge- 55 Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Erfin-

meinsam, daß die mögliche Höhe der zu erzeugenden dung gleichermaßen für Wechselrichterbetrieb, d. h.

Frequenz von den 'Eigenzeiten der Schaltvorrichtun- für Speisung mit einer Gleichspannung, als auch für

gen bzw. Gleichrichter abhängig ist, insbesondere von Umfonnerbetrieb, d. h. für Speisung mit einer Wech-

der sogenannten Erholungszeit, d. h. der Zeit, die un- selspannung, geeignet ist.

mittelbar auf die leitende Periode des gesteuerten 60 Nachfolgend werden einige Ausgestaltungen der Gleichrichters folgt und während der an diesen eine Erfindung beschrieben. So wird die Schaltung eines Rückwärtsspannung angelegt werden muß, so daß, Hochfrequenzgenerators nach der Erfindung im Hinwenn nachfolgend an den Gleichrichter wieder eine blick auf einen einfachen und wenig aufwendigen Vorwärtsspannung angelegt wird, der Gleichrichter Aufbau vorteilhaft so ausgelegt, daß die kapazitive erst dann wieder leitend wird, wenn er ein weiteres 65 Speichereinrichtung aus einem einzigen Kondensator Steuersignal erhält. besteht, der über die erste Schaltvorrichtung und die Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Hochfre- dritte Schaltvorrichtung abwechselnd in entgegengequenzgenerator der eingangs beschriebenen Art zu setzten Richtungen aufladbar und über die zweite

Schaltvorrichtung und die vierte Schaltvorrichtung abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen entladbar ist.

Als Schaltvorrichtungen eignen sich z. B. steuerbare Halbleitergleichrichter; vorteilhaft ist jedoch auch die Anwendung von sättigbaren Drosseln, insbesondere derart, daß die zweite und die vierte Schaltvorrichtung von einer einzigen sättigbaren Drossel gebildet sind.

Eine günstige Schaltungsausführung ist gemäß einem weiteren zweckmäßigen Vorschlag der Erfindung gegeben, wenn der Kondensator in der Schaltung symmetrisch angeordnet ist und abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen aus einem in der Mitte angezapften Speisekreis über die erste Schaltvorrichtung und die dritte Schaltvorrichtung aufgeladen wird.

Soll ein Hochfrequenzgenerator nach der Erfindung als Frequenzumformer betrieben werden, so ist es auch denkbar, ihn mit einer mehrphasigen Spannung zu speisen. Für diesen Fall wird die Schaltung des Hochfrequenzgenerators dann vorteilhaft so ausgeführt, daß eine erste und eine dritte Schaltvorrichtung für jede Phase des Speisewechselstroms sowie eine Einrichtung vorgesehen sind, welche die betreffenden ersten und dritten Schaltvorrichtungen aufeinanderfolgend in leitenden Zustand bringt, wenn die betreffenden Phasen sich auf dem angemessenen Potential befinden.

Die Steuerung der Schaltvorrichtungen kann im allgemeinen dem jeweiligen Bedarfsfall angepaßt werden. Ein Steuerkreis für die erste und dritte Schaltvorrichtung wird dabei günstigerweise jedoch so ausgelegt, daß er die erste und die dritte Schaltvorrichtung mit einer vorbestimmten Frequenz- und Phasenbeziehung betätigt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Hochfrequenzgenerator, dessen Schaltung symmetrisch zu einer Mittelanzapfung aufgebaut ist,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsmöglichkeit für die Schaltung des Hochfrequenzgenerators,

F i g. 3 Wellenformen, die das Arbeiten des Stromkreises nach F i g. 2 veranschaulichen,

F i g. 4 eine abgewandelte Ausführung des Stromkreises nach F i g. 2, bei der eine sättigbare Drossel vorgesehen ist,

F i g. 5 Wellenformen, die das Arbeiten des Stromkreises nach F i g. 4 veranschaulichen,

F i g. 6 einen Steuerkreis zur Verwendung in Verbindung mit dem Stromkreis nach F i g. 4 und

F i g. 7 einen Stromkreis zur Umwandlung einer mehrphasigen Speisewechselspannung.

Die in F i g. 1 dargestellte, hier mit einer Gleichspannung gespeiste Schaltung, weist an ihrem Eingang eine Induktivität L 4 und zwei zueinander in Reihe geschaltete Kapazitäten C 31 und C 32 auf, zwischen denen eine Mittelanzapfung angeschlossen ist, die mit dem einen Anschluß des Ausgangsschwingkreises Cl, LI verbunden ist. Die Induktivität L 4 und die Kapazitäten C 31, C 32 dienen als Filter, das der Speisespannung eventuell überlagerte höhere Frequenzen der Schaltung fernhalten soll.

In dem am positiven Spannungspol angeschlossenen Schaltungszweig liegt die erste Schaltvorrichtung in Form eines steuerbaren Gleichrichters CR1, dem eine Induktivität L 3 vorgeschaltet ist. Zwischen dem Ausgang des steuerbaren Gleichrichters CR1 und dem Ausgangsschwingkreis Cl, Ll liegen in Reihenschaltung eine weitere Induktivität L1 und als zweite Schaltvorrichtung ein weiterer steuerbarer Gleichrichter Ci? 2. An den Ausgang des steuerbaren Gleichrichters CR1 ist ferner ein erster, als Energiespeicher dienender Kondensator Cl angeschlossen. Der an den negativen Pol der Speisespannungsquelle angeschlossene Schaltungszweig enhält als

xo dritte Schaltvorrichtung einen weiteren steuerbaren Gleichrichter CR 3 in zu dem steuerbaren Gleichrichter CR1 umgekehrter Durchlaßrichtung und eine Induktivität L 31. Weiterhin liegen in diesem Schaltungszweig die vierte Schaltvorrichtung in Form eines steuerbaren Gleichrichters CR 21 und eine Induktivität LIl, die diesen Schaltungszweig ebenfalls mit dem Ausgangsschwingkreis Cl, Ll verbindet. Inder Mitte dieses Schaltungszweiges ist ein weiterer Kondensator CIl als Energiespeicher angeschlossen.

ao Das Arbeitsprinzip dieser Schaltung soll nachfolgend zunächst einmal an dem oberen Schaltungszweig gemäß Fig. 1 mit den steuerbaren Gleichrichtern CR1 und CR1 erklärt werden. Wenn der steuerbare Gleichrichter CR1 leitend gemacht wird, wird der Kondensator Cl aus der Gleichstromquelle über das Filter L4, C 31, C 32 und die Induktivität L 3 in Resonanz aufgeladen. Der durch den Gleichrichter Ci? 1 hindurchfließende Strom ist daher oszillatorisch, und nach einer halben Periode kehrt der Strom auf Null zurück, und er sucht sich umzukehren. An diesem Zeitpunkt wird der steuerbare Gleichrichter CR1 nichtleitend und beläßt den Kondensator Cl auf eine Spannung aufgeladen, die größer als die Speisespannung ist. Die Spannung an dem Gleichrichter Ci? 1 ist daher jetzt eine Rückwärtsspannung, während die Spannung an dem Gleichrichter CRl eine Vorwärtsspannung ist.

Zu einem späteren Zeitpunkt wird an den steuerbaren Gleichrichter CR1 ein Auslösesignal angelegt, und der Kondensator Cl entlädt sich über die Induktanz Ll in den abgestimmten Ausgangskreis C2-L2. Der durch den Gleichrichter CR1 fließende Strom ist wieder oszillatorisch, und nach einer Zeitdauer, die von den relativen Werten der Stromkreiskomponenten abhängt, sucht sich der Strom in dem Gleichrichter CR1 umzukehren, und der Gleichrichter CR1 wird nichtleitend gemacht. Die Spannung an dem Kondensator Cl hat sich jetzt umgekehrt und bleibt praktisch konstant, bis das nächste Auslösesignal an den steuerbaren Gleichrichter CR1 angelegt wird. Die Spannung an dem Gleichrichter C2? 1 ist daher jetzt eine Vorwärtsspannung, während die Spannung an dem Gleichrichter CR1 eine Rückwärtsspannung ist.

Da der Kondensator Cl einen Energiestoß an den Ausgangskreis C 2-L 2 abgegeben hat, schwingt dieser Ausgangskreis mit seiner Eigenfrequenz. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Spitzenschwingungsspannung in dem Ausgangskreis C 2-L 2 etwas kleiner als die Spannung ist, auf die der Kondensator Cl zu dem Zeitpunkt aufgeladen wird, zu dem der Gleichrichter CR 2 nichtleitend wird. Daher ist während der ganzen Zeitdauer, welche zwischen dem Zeitpunkt, an dem der Gleichrichter CR1 nichtleitend wird, und dem Zeitpunkt liegt, an dem der Gleichrichter CR1 wieder leitend gemacht wird, und während welcher der Lastkreis mehrere Schwingungszyklen vollenden kann, die Spannung an dem Gleich-

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richter CR2 körner eine Rückwärtsspannung. Daher tanz 1,2 auftretenden Ausgangswellenform von der bleibt der steuerbare Gleichrichter CR 2 in Rück- an dem Stromkreis liegenden Last ab. Daher kann für wärtsrichtung auf einen Wert vorgespannt, der von eine Last von hohem Faktor Q die Dämpfung der der Schwingungsspannung in dem Ausgangskreis Amplitude zwischen aufeinanderfolgenden Ausgangsnicht überwunden wird, und es besteht keine Neigung 5 schwingungen unbedeutend sein, jedoch können für für den Gleichrichter CR 2, wieder leitend zu einen Ausgangskreis von niedrigem Faktor Q die werden. Ausgangsschwingungen auf eine verhältnismäßig geWenn an dem steuerbaren Gleichrichter CRl das ringe Höhe zwischen den Zeitpunkten sinken, an nächste Äuslösesignal angelegt wird, wird der Kon- welchen der steuerbare Gleichrichter CR 2 leitend densator Cl aus der Stromquelle wieder aufgeladen, io gemacht wird, um Energiestöße an den abgestimmten und die Spannung an dem Gleichrichter CRZ bewegt Ausgangskreis anzulegen. Es ist somit ersichtlich, sich in die Vorwärtsrichtüng, während die Spannung daß die maximale Frequenz, die aus dem Umformeran dem Gleichrichter CR1 zu dem Zeitpunkt, zu denl Stromkreis erhalten werden kann, von dem Faktor Q dieser steuerbare Gleichrichter nichtleitend wird, um- des Ausgangskreises abhängig ist, gekehrt wird und in dieser Richtung bleibt, bis der 15 Unter gewissen Umständen kann es vorkommen, Gleichrichter CR 2 wieder leitend gemacht wird. Es daß die geforderte Ausgangsfrequenz, der verlangte ist somit ersichtlich, daß die Schwingungen in dem Modulationsgrad und der Faktor Q des Ausgangs-Lastkreis fortbestehen und durch das aufeinander- kreises derart sind, daß die Frequenz der steuerbaren folgende Aufladen des Kondensators Cl nicht be- Gleichrichter so hoch ist, daß sich eine unzulässig einflußt werden. 30 kurze Zeitdauer ergibt, in welcher sich die steuer-Zu einem späteren Zeitpunkt wird der steuerbare baren Gleichrichter CRl und CR 2 in den völlig abGleichrichter CR2 wieder leitend gemacht, und die geschalteten Zustand erholen können. In diesem Fall Folge der Vorgänge wiederholt sich. Es ist daher er- kann eine zweckentsprechende Anzahl zusätzlicher sichtlich, daß eine Anzahl von Schwingungszyklen steuerbarer Gleichrichter und ihnen zugeordneter des Ausgangskreises C 2-L 2 zwischen dem Anlegen 25 Komponenten verwendet werden, aufeinanderfolgender Äuslösesignale an den Steuer- Die Regelung der mittleren Größe der Ausgangsbaren Gleichrichter CR2 vollendet wird, und die spannung kann dadurch bewirkt werden, daß die Zeitdauer, die der Gleichrichter CR2 braucht, um Frequenz des Anlegens von Auslösesignalen an die völlig abgeschaltet zu werden^ kana wesentlich größer steuerbaren Gleichrichter geregelt wird, da gefunden als die Dauer der Ausgangsschwinguügen. sein. 30 wurde,, daß bei jedem dem Ausgangskreis zugeführ-Durch die Schaltvorrichtung wird also erreicht, ten Energiestoß ungefähr die gleiche Energiemenge daß der Kondensator Cl an der aus einem Steuer- unabhängig von der Auslösefrequenz abgegeben baren Gleichrichter CR 2 bestehenden Hauptschalt- wird.

vorrichtung eine Vorspannung in Sperrichtung er- Es sei jedoch bemerkt, daß für eine gegebene Frezeugt, während der abgestimmte Ausgangskreis 35 quenz des Zuführens von Energiestößen an den abschwingt. Auf diese Weise wird am steuerbaren gestimmten Ausgangskreis die mittlere Höhe der Gleichrichter CR 2 eine Sperrspannung während einer Ausgangsspannung von der Last abhängig ist und Anzahl Perioden der Ausgangsspannung aufrecht- daß die Ausgangsspannung bei Leerlast in ihrer erhalten, so daß der steuerbare Gleichrichter CR 2 Größe nur durch die Stromkreisverluste begrenzt ist. nach dem Leiten wieder seine Sperrcharakteristik an- 4° Im anderen Extrem hat die Ausgangsspannung bei nimmt, bevor der Kondensator Cl weiter aufgeladen einem Kurzschluß natürlich den Wert Null. Die steile wird. Die Ausgangsfrequenz ist daher nicht durch die Spannungsregelungscharakteristik der Stromkreise Abschalfzeit des steuerbaren Gleichrichters CR 2 be- kann wieder durch Einstellen der Frequenz des Angrenzt, legens der Auslösesignale an die steuerbaren Gleich-Das beschriebene Verhältnis dieser beiden Zeiten 45 richter und damit der Frequenz des Zuführens von kann nun noch vergrößert werden durch die Ein- Energiestößen an den Ausgangskreis kompensiert schaltung des zweiten Schaltungszweiges mit den werden.

steuerbaren Gleichrichtern CR11 und CR 21, die in Ein Weg zur Herbeiführung der Kompensation für entgegengesetzter Durchlaßrichtung geschaltet sind die vorgenannte Spannungsregelung besteht darin, und die zu gegebener Zeit jeweils entgegengesetzt ge- 5° eine Probe der Ausgangslastspannung gleichzurichten polte Energiestöße auf den Ausgangsschwingkreis und die sich ergebende Spannung mit einem festen geben. Dieser Schaltungszweig arbeitet im Prinzip Bezugswert zu vergleichen, um eine Differenz zu ergenauso wie der erste Schaltungszweig. Die Funktion halten, die als Steuersignal an den (nicht dargestellten) der beiden Schaltungszweige wird also nur durch eine Auslöseimpulsgenerator angelegt wird, entsprechende Steuerung für die vier steuerbaren 55 In ähnlicher Weise kann, um die steuerbaren EinGleichrichter CR1, CR2, CRIl und CR 21 koordi- gangsgleichrichterCR1 oder CRIl, CR12, CR13, niert. Da mit dem zweiten Schaltungszweig also eben- CR14 gegen einen Überstrom zu schützen, wenn die falls zusätzliche Energiestöße auf den Ausgangskreis Last klein öder ein Kurzschluß ist, eine Strombegren-L2, C2 gegeben werden, ergibt sich, daß die Ein- zungsvorrichtung vorgesehen werden, die den Ausschalthäufigkeit für jeden steuerbaren Gleichrichter ßo gangsstrom abtastet und die Frequenz der Auslösesich verringert und somit für eine bestimmte Fre- signale herabsetzt, sobald der Ausgangsström einen quenz die sogenannte Erholungszeit vergrößert oder vorbestimmten Wert zu überschreiten sucht, aber unter Einhaltung einer minimalen Erholungs- Bei gewissen Anwendungen der Erfindung kann zeit der Wert der erzeugbären Frequenz vergrößert eine Parallelschaltung mehrerer steuerbarer Gleichwird. 65 richter vorgesehen werden, was erfordert, daß sie Für eine gegebene Frequenz der Auslösung der gleichzeitig leitend gemacht werden. In einem solchen steuerbaren Gleichrichter in dem Umformerstrom- Fall ist es erwünscht, gleichzeitig auftretende, aber kreis hängt der Modulationsgrad der an der Induk- getrennte Auslösesignale zu erzeugen. Dies kann da-

durch erreicht werden, daß ein »Mutter«-Auslösesignal an nur einen der Gleichrichter angelegt wird, die gleichzeitig leitend gemacht werden sollen, und daß eine geeignete Anzahl von entsprechenden isolierten Wicklungen auf der mit diesem Gleichrichter in Reihe liegenden Induktanz an die Auslöseelektroden der anderen Gleichrichter angeschlossen werden. Der momentane Spannungsanstieg, der in den Induktanzen erzeugt wird, wenn der erste Gleichrichter leitend gemacht wird, macht dann auch die anderen Gleichrichter leitend.

Es kann festgestellt werden, daß bei den vorstehend beschriebenen Stromkreisanordnungen in der Last eine Gleichstromkomponente fließt. Dies kann, wenn die Last von einem Transformator gebildet wird, der mit dem Stromkreis gekoppelt ist, nachteilig sein, und bei einem Stromkreis, der diesen Nachteil vermindert, wird ein Gegentaktbetrieb mit einem in der Mitte angezapften Transformator vorgeschlagen.

Eine weitere Ausführungsform eines HF-Generators gemäß der Erfindung, bei der ein in der Mitte angezapfter Speiseeingang vorgesehen ist, ist in Fig. 2 dargestellt, in der diejenigen Teile, die ähnlichen Teile des vorhergehend beschriebenen Stromkreises entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Anschlußklemmen der Gleichstromquelle sind über eine Induktanz L 4 mit zwei Kondensatoren C 31 und C 32 von gleichem Wert verbunden, die den in der Mitte angezapften Speiseeingang bilden, dessen Mittelanzapfung mit der einen Seite eines einzigen Kondensators Cl verbunden ist. Die positive Klemme dieses Speiseeingangs ist über eine Induktanz L 3 und einen steuerbaren Gleichrichter C/? 1 mit der anderen Seite des Kondensators Cl verbunden, mit der auch die negative Klemme des Speiseeingangs über einen steuerbaren Gleichrichter CRU und eine Induktanz L31 verbunden ist. Über den Kondensator Cl ist ferner ein Serienstromkreis geschaltet, der einen aus einer Parallelschaltung eines Kondensators C 2 und einer Induktanz L 2 bestehenden, abgestimmten Lastkreis und eine Parallelschaltung aus einer mit einem steuerbaren Gleichrichter CR 2 in Reihe liegenden Induktanz Ll und einer mit einem steuerbaren Gleichrichter CjR 21 in Reihe liegenden Induktanz L11 enthält. Die steuerbaren Gleichrichter Ci? 2 und CR 21 sind mit Bezug auf den Kondensator Cl entgegengesetzt gepolt. Die InduktanzenLl und LIl können gewünschtenfalls durch eine einzige Induktanz in dem Serienstromkreis ersetzt werden, jedoch kann dies zu unerwünscht großen Änderungsgeschwindigkeiten der an die steuerbaren Gleichrichter angelegten Vorwärtsspannung führen.

Für den Betrieb des Stromkreises gemäß F i g. 2 sind Mittel für die Zufuhr von Auslösesignalen an die steuerbaren Gleichrichter vorgesehen, und wenn der Gleichrichter CR1 leitend gemacht wird, fließt ein durch ihn hindurchgehender Ladestrom in Resonanz zu dem Kondensator Cl. Sobald sich der Strom umzukehren sucht, ist der Kondensator Cl auf ein Potential aufgeladen, das wesentlich höher als die Spannung an der positiven Klemme der Stromquelle ist, und daher wird der Gleichrichter CR1 in Rückwärtsrichtung vorgespannt, so daß er nichtleitend wird. Der steuerbare Gleichrichter CR11 ist jedoch in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Zu einem späteren Zeitpunkt wird der steuerbare Gleichrichter CR 2 durch ein Auslösesignal leitend gemacht, und dadurch entlädt sich der Kondensator Cl in Resonanz in den obengenannten Serienstromkreis. Bei Annäherung an die Umkehrschwingung wird der Gleichrichter CR 2 nichtleitend, da sich die Spannung an dem Kondensator Cl umgekehrt hat, so daß sie an dessen mit der Mittelanzapfung des Speiseeinganges verbundenen Platte positiv wird. An dem Gleichrichter CR 2 ist eine restliche Rückwärtsvorspannung trotz der in

ίο dem Lastkreis auftretenden Schwingungen vorhanden, die von geringerer Größe sind als die, die eine Vorwärtsvorspannung des Gleichrichters CR 2 bewirken würde, bis er Zeit zur völligen Abschaltung hatte.

Zu einem späteren Zeitpunkt wird der Gleichrichter CRU leitend gemacht, und der Kondensator Cl wird dann in Resonanz aufgeladen, so daß das positive Potential an seiner mit der Mittelanzapfung des Speiseeinganges verbundenen Platte ansteigt und bei dem Bestreben zur Umkehrschwingung der Gleichrichter CR11 nichtleitend wird. Zu einem späteren Zeitpunkt wird der Gleichrichter CR 21 leitend gemacht, und der Kondensator Cl entlädt sich in Resonanz in den Serienstromkreis und bleibt im entgegengesetzten Sinn aufgeladen, wenn der Gleichrichter CR 21 wieder nichtleitend wird. Daher wird ein weiterer Energiestoß dem Lastkreis zugeführt, um in ihm die Schwingungen aufrechtzuerhalten, jedoch vermögen die Schwingungen die von dem Kondensator Cl angelegte Rückwärtsvorspannung nicht zu überwinden. Der Zyklus der Vorgänge wird nachfolgend durch den Gleichrichter CR1 wiederholt, der wieder leitend wird, um die Ladung des Kondensators Cl zu erhöhen.

Es sei bemerkt, daß für die in F i g. 2 wiedergebene Ausführungsform der Antriebskreis zur Lieferung von Auslösesignalen an die Gleichrichter Ci? 1, CR 2, CR11 und CR 21 derart ausgeführt sein soll, daß der Gleichrichter Ci? 1 leitend gemacht wird, sobald der Gleichrichter CR 2 nichtleitend geworden ist, und der Gleichrichter CR11 leitend gemacht wird, sobald der Gleichrichter CR 2 nichtleitend geworden ist. Dies ermöglicht, daß für die Gleichrichter CR1 und CR11 die größte Erholungszeit in Rückwärtsrichtung erhalten wird.

Wenn die Anordnung so getroffen wird, daß die Gleichrichter CR1 und CR 21 gleichzeitig leitend gemacht werden und ebenso die Gleichrichter CR11 und CR 2 gleichzeitig leitend gemacht werden, dann kann eine etwas abweichende Arbeitsweise erhalten werden, die jedoch keine besonderen Vorteile gegenüber der oben beschriebenen Arbeitsweise zu haben scheint. Diese abweichende Arbeitsweise, die sich aus dem Umstand ergibt, daß unter diesen Arbeitsbedingungen die beiden Resonanzkreise in jedem Fall voneinander abhängig werden, braucht jedoch nicht näher erläutert zu werden.

Der Grundstromkreis gemäß F i g. 2 kann gewünschtenfalls ebenfalls ausgedehnt werden, indem weitere Resonanzkreise vorgesehen werden, die dem abgestimmten Ausgangskreis L2-C2 Energiestöße zuführen, wobei die Komponenten L 4, C 31 und C 32 allen Resonanzkreisen gemeinsam sind, so daß für die steuerbaren Gleichrichter in jedem Kreis größere Erholungszeiten geschaffen werden. In diesem Fall soll eine ungerade Anzahl solcher Resonanzkreise vorhanden sein, um die Arbeitssymmetrie aufrechtzuerhalten.

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Die in Fig. 3 gezeigten Wellenformen stellen ty- quenz der Zufuhr von Energiestößen zu dem abgepische Spannungen dar, die beim normalen Arbeiten stimmten Ausgangskreis die Grundfrequenz der des Stromkreises gemäß F i g. 2 erhalten werden. Die Spannungswellenform, die an dem Speicherkondenan dem Kondensator Cl liegende Spannung ist bei satorCl auftritt, halb so groß ist wie diejenige bei (ä), die Spannung an dem Gleichrichter CR1 bei (b), 5 bekannten Schaltungen. Für eine gegebene Ausgangsdie Spannung an dem Gleichrichter CR 2 bei (c) und spannung wird die Amplitude der Wechselstromdie Ausgangsspannung bei (d) wiedergegeben. Die komponente der Spannung nicht wesentlich erhöht, Spannungen an den Gleichrichtern CR11 und CÄ 21 und die Spitzenspannung ist die gleiche, so daß bei sind mit einer entsprechenden Phasenverschiebung dem Stromkreis gemäß F i g. 2 der mittlere Quadratim wesentlichen die gleichen wie die Spannungen an io wurzelwert des Stromes in dem Kondensator Cl erden Gleichrichtern CRl bzw. CR 2. heblich herabgesetzt wird. Die Gesamtbemessung des

Das in Fig. 2 dargestellte Schaltungsprinzip hat Kondensators Cl kann dadurch bedeutend reduziert

eine Reihe von Vorteilen: werden.

Ein erster Vorteil besteht darin, daß die Spitzen- Obgleich bei den oben beschriebenen Stromkreisspannungen, die an den ersten steuerbaren Gleich- *5 anordnungen angenommen ist, daß sämtliche Schaltrichtern CR1 und CRU entwickelt werden, erheb- vorrichtungen aus steuerbaren Gleichrichtern belich kleiner sind, was hauptsächlich darauf zurückzu- stehen, können auch irgendwelche anderen Vorrichführen ist, daß der Speiseeingang in der Mitte ange- tungen benutzt werden. So ist bei der in F i g. 4 wiezapft ist. Ferner ist auch das Leistungsverarbeitungs- dergegebenen abgewandelten Ausführung des Stromvermögen für jeden solchen steuerbaren Gleichrich- ao kreises gemäß Fig. 2 eine Schaltvorrichtung in Form ter verbessert. Die anderen steuerbaren Gleichrichter einer sättigbaren Drossel SR vorgesehen, über welche verarbeiten im wesentlichen die gleiche Spannung dem abgestimmten Ausgangskreis Energiestöße zugefür einen gegebenen Ausgang. führt werden. Auch bei den anderen oben beschrie-

Ein zweiter Vorteil der Stromkreisanordnung ge- benen Stromkreisanordnungen können an Stelle ent-

mäß F i g. 2 ergibt sich aus dem Umstand, daß, wie 25 sprechender steuerbarer Gleichrichter sättigbare

dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, die normale Rück- Drosseln benutzt werden.

wärtssperrspannung an den GleichrichternCRl und Wenn die Arbeitsweise der in Fig. 4 wiedergege-CjRII nur einen kleinen Teil der Spitzensperrspan- benen Stromkreisanordnung betrachtet wird, so ist nung in Vorwärtsrichtung beträgt. Die Größe von Un- ersichtlich, daß zu dem Zeitpunkt, zu dem der steuerterdrückungskomponenten, die daher erforderlich Zo bare Gleichrichter CR1 leitend gemacht wird, der sein kann, um die in Rückwärtsrichtung verlaufenden Kondensator Cl wie vorher von dem Kondensator Trägerspeichermomentanwerte in diesen steuerbaren C 31 in Resonanz aufgeladen wird. An dem Zeit-Gleichrichtern auf die gleiche Höhe wie die Vor- punkt, an welchem der Gleichrichter CR1 nichtwärtsspitzenspannung zu begrenzen, kann kleiner leitend wird, wird die eine Platte des Kondensators sein, als es sonst der Fäll sein würde. In ähnlicher 35 Cl (in Fig. 4 die rechte Platte) auf einem positive-Weise werden auch Schwierigkeiten herabgesetzt, die ren Potential als die positive Speisespannung. besieh aus den unterschiedlichen Trägerspeichercharak- lassen. Die an dem Kondensator Cl liegende Spanteristiken von steuerbaren Gleichrichtern ergeben, nung erscheint dann an der sättigbaren Drossel SR, falls eine Rückwärtsspannungsteilung in dem Fall er- und die Impedanz der Drossel im ungesättigten Zureicht werden soll, in welchem eine Anzahl von 40 stand ist ausreichend hoch, um eine merkliche EntGleichrichtern in Reihe geschaltet ist. ladung des Kondensators Cl an diesem Zeitpunkt zu

Ein dritter Vorteil der Stromkreisanordnung ge- verhindern.

maß Fig. 2 ist mit der Ausgangsspannungsregelung Es sei ferner bemerkt, daß unter stetig laufenden und den Leerlast-Umläufströmen in dem Stromkreis Bedingungen außerdem die Hochfrequenzspannung verknüpft. So hängt beispielsweise bei bekannten 45 in dem Ausgangskreis die von der Drossel SR gelie-Schaltungen die Ausgangsspannung, wie bereits an- ferte Sperrspannung unterstützt. Nach einer Zeitgedeutet, stark von der Last ab, und die Wirkung der dauer, die hauptsächlich durch die Charakteristik der Herabsetzung des Faktors Q der Last besteht darin, Drossel SR bestimmt wird, wird die Drossel gesättigt den Eingangsstrom zu reduzieren. Daher würde bei und der Kondensator Cl dann in den Ausgangsresoeinem solchen Stromkreis eine Last und unendlich 50 nanzkreis entladen. Die Spannung an dem Kondengroßem Faktor Q beim Fehlen der Regelung der Fre- sator Cl führt dann eine Überschwingung aus, und quenz, bei welcher die steuerbaren Gleichrichter be- der Strom fließt weiter in der Drossel SR. Wenn jetätigt werden, theoretisch bewirken, daß der Speise- doch der durch den Kondensator Cl hindurchquelle ein dauernd zunehmender Strom entnommen gehende Strom umzukehren beginnt, vermindert sich würde und die Spannungen an den verschiedenen 55 nachfolgend der Strom in der Drossel SR auf den Teilen des Stromkreises sich entsprechend erhöhen Wert Null, und dadurch gelangt die Drossel SR wiewürden. Bei der Stromkreisanordnung gemäß Fig. 2 der in ungesättigten Zustand, so daß sie eine hohe ist jedoch die Regelung mit Änderung der Last bei Impedanz darstellt, um an diesem Zeitpunkt eine einer gegebenen Arbeitsfrequenz der steuerbaren merkliche Entladung des Kondensators Cl in der Gleichrichter erheblich verbessert. Die Energiezufuhr 60 entgegengesetzten Richtung zu verhindern. Der zweite zu dem Stromkreis gemäß Fig. 2 erhöht sich mit der steuerbare Gleichrichter CRU wird dann leitend geLast, und es tritt ein solcher Strom-oder Spannungs- macht, und die Ladung auf dem Kondensator Cl aufbau auf, daß der Eingangsstrom und die Eingangs- wird durch eine in Resonanz erfolgende Entladung spannungen bei geringer Last oder unter Kurzschluß- des Kondensators C 32 ergänzt, so daß der Gleichbedingungen kleiner sind als diejenigen unter Last- 65 richter CR11 wieder nichtleitend wird. Nach einer bedingungen. gewissen Zeit, die hauptsächlich von der Charakte-Ein vierter Vorteil der Stromkreisanordnung ge- ristik der Drossel SR abhängt, wird die Drossel wiemäß Fig. 2 besteht darin, daß für eine gegebene Fre- der gesättigt, um den Kondensator Cl zu. gestatten,

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sich in den Ausgangsresonanzkreis zu entladen, und baren Gleichrichtern vermieden werden können,

die Folge der Vorgänge wiederholt sich von selbst. Solche übermäßigen Anstiegsgeschwindigkeiten der

Einige typische Wellenformen, die mit einer Strom- Anodenspannung könnten, falls sie nicht verhindert

kreisanordnung, wie derjenigen gemäß F i g. 4 erhal- werden, bewirken, daß die betreffenden Gleichrichter

ten werden können, sind in F i g. 5 gezeigt, in welcher 5 an falschen Zeitpunkten für ein richtiges Arbeiten der

bedeuten: (a) die Spannung an dem Kondensator Cl, Stromkreise leitend werden. Dies wird, wie bereits

(b) die Spannung an dem Gleichrichter CR1, (c) die vorstehend erwähnt, durch die Verwendung einer

Spannung an der Drossel SR und (d) die Ausgangs- Anzahl von nacheinander betätigbaren Stromkreisen

spannung. Die Spannung an dem Gleichrichter CR11 verhindert, wobei gleichzeitig die Eingangskonden-

ist derjenigen an dem Gleichrichter CR1 ähnlich, je- io satoren im Vergleich zu den Speicherkondensatoren,

doch gegen sie in der Phase verschoben. wie dem Kondensator Cl, klein gemacht werden

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform eines Strom- können.

kreises zum Erzeugen von Auslösesignalen für die Hinsichtlich der Erzeugung der Auslösesignale sei steuerbaren Gleichrichter in der Stromkreisanord- ferner bemerkt, daß, wenn die sättigbare Drossel, wie nung gemäß F i g. 4 dargestellt. Aus F i g. 6 ist er- 15 die Drossel SR, eines Stromkreises nichtleitend wird, sichtlich, daß die Auslösesignale mit Bezug auf die der eine hohe Änderungsgeschwindigkeit der Span-Spannung erzeugt werden, die an der sättigbaren nung an (z. B.) der Kathode eines gegebenen steuer-DrosselSi? auftritt, und zu diesem Zweck ist die baren Gleichrichters zu erzeugen sucht, ein steuer-Drossel SR mit einer in der Mitte angezapften Sekun- barer Gleichrichter in einem anderen der Stromkreise därwicklung versehen. Die Enden A und B dieser 20 gleichzeitig ausgelöst wird, so daß eine rasche EntSekundärwicklung sind über Sperrgleichrichter Dl ladung des Eingangsfilterkondensators und eine bzw. D 2 mit dem Basiskreis zweier Transistoren TR1 rasche Spannungsänderung an (z.B.) der Anode bzw. TR 2 verbunden, die in einem bistabilen Strom- des gleichen steuerbaren Gleichrichters bewirkt kreis angeordnet sind. Die Ausgänge dieser Tran- werden. Die rasche Änderungsgeschwindigkeit des sistoren sind jeweils über eine Widerstands-Konden- 25 Restvorwärtspotentials an diesem steuerbaren Gleichsator-Kopplung an die Basiselektroden weiterer Tran- richter wird daher erheblich herabgesetzt, und der sistoren 77? 3 bzw. TR 4 angeschlossen, und die Aufbau der Vorwärtsspannung wird durch das Kollektorkreise dieser Transistoren TR4 und TR3 Wiederaufladen des Eingangsfilterkondensators besind jeweils über einen Transformator X bzw. Y mit stimmt.

den steuerbaren Gleichrichtern CR1 bzw. CR11 ge- 30 Stromkreisanordnungen gemäß der Erfindung, wie

koppelt. die beschriebenen, können gewünschtenfalls für die

Wenn das Ende A der Sekundärwicklung der sättig- Zwecke einer direkten Frequenzänderung verwendet baren Drossel SR negativ ist, wird der Transistor werden, um einen Niederfrequenzspeiseeingang in TRl leitend und der Transistor Ti?2 nichtleitend, einen Hochfrequenzausgang umzuformen. Ein zur so daß ein Ausgangsstromimpuls erzeugt wird, wel- 35 Umwandlung einer Dreiphasenzufuhr geeigneter eher den dem Transistor TR 4 zugeordneten Steuer- Stromkreis, der auf der Stromkreisanordnung gemäß baren Gleichrichter durchlässig macht. Wenn das Fig. 4 beruht, ist in Fig. 7 wiedergegeben. Aus Ende B der Sekundärwicklung der Drossel negativ F i g. 7 ist ersichtlich, daß für jede Speisephase zwei wird, wird ein Stromimpuls erzeugt, welcher den dem steuerbare Eingangsgleichrichter zusammen mit entTransistor TR3 zugeordneten steuerbaren Gleich- 4° sprechenden Eingangsfilterkomponenten vorgesehen richter durchlässig macht. Das Inbetriebsetzen des sind, die verhindern, daß der Stromquelle eine Hoch-Stromkreises wird mittels eines Schalters bewirkt, frequenzkomponente entnommen wird. Im Betrieb der, wenn er betätigt wird, bewirkt, daß der Zustand legt jeder steuerbare Eingangsgleichrichter eine Aufdes bistabilen Stromkreises umgekehrt wird. einanderfolge von hochfrequenten Ladestromimpul-

Während die maximale Arbeitsspannung der 45 sen an den Kondensator Cl während einer gegebe-Stromkreisanordnungen, bei denen nur steuerbare nen Eingangszufuhrdauer an, und dieser Gleichrich-Gleichrichter verwendet werden, durch den Umstand ter wird dann während einer Zeitdauer nicht ausgebegrenzt sein kann, daß es in der Praxis nicht zweck- löst, während welcher ein anderer Gleichrichter mäßig ist, in Reihe geschaltete steuerbare Gleichrich- leitend gemacht wird, um den Kondensator Cl weiter mit Spannungsteilungskomponenten in dem 50 tere Hochfrequenzimpulse zuzuführen. Für eine Serienstromkreis zu verwenden, welcher dem Last- maximale Ausgangsspannung wird daher jeder kreis Energiestöße zuführt, kann durch die Benut- steuerbare Gleichrichter während des Zeitraumes der zung einer sättigbaren Drossel für diesen Zweck die Eingangsperiode betätigt, während dem die mit die-Begrenzung weitgehend beseitigt werden, und es ist sem Gleichrichter verbundene Speisephase sich auf dann lediglich notwendig, in Reihe geschaltete Steuer- 55 maximaler Spannung befindet. Auf diese Weise kann bare Gleichrichter in den Resonanzkreisen zu ver- durch Verschieben der Zeiträume, während denen wenden, welche den bzw. die Speicherkondensatoren, die steuerbaren Eingangsgleichrichter betätigt werwie den Kondensator Cl, speisen. den, die Ausgangsspannung geändert werden.

Ein weiteres Merkmal der oben beschriebenen Obwohl bei den oben beschriebenen Stromkreis-Stromkreise besteht bei der Verwendung sättigbarer 60 anordnungen angenommen wurde, daß sie eine inDrosseln darin, daß nicht nur die Rückwärtsvorspan- duktive Last speisen, können sie auch zum Speisen nungszeit, die für die steuerbaren Gleichrichter erfor- anderer Lastarten verwendet werden. So kann beiderlich ist, von einer angemessenen Dauer gemacht spielsweise eine Widerstandslast dem abgestimmten werden kann, indem die entsprechende Anzahl von Ausgangskreis unmittelbar parallel geschaltet werden, nacheinander zu betätigenden Stromkreisen für die 6₅ Andererseits kann der abgestimmte Ausgangskreis Zufuhr von Energiestößen zu dem Lastkreis verwen- durch eine Widerstandslast ersetzt werden, und in det wird, sondern daß auch übermäßige Anstiegsge- diesem Fall würden die Energiestöße an sie während schwindigkeiten der Anodenspannung an den Steuer- jeder Halbperiode der Ausgangsspannung angelegt

werden, um den Hochfrequenzausgang aufrechtzuerhalten.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzgenerator mit einer kapazitiven Speichereinrichtung und einem in einer Richtung wirkenden Resonanzladekreis, der eine erste Schaltvorrichtung, welche die kapazitive Speichereinrichtung mit einer gegebenen Ladungspolarität aus einer Speisequelle periodisch auflädt, und eine zweite Schaltvorrichtung enthält, die abwechselnd mit der ersten Schaltvorrichtung arbeitet, um die kapazitive Speichereinrichtung in Resonanz in einen abgestimmten Ausgangskreis zu entladen, dessen Abstimmungsfrequenz wesentlich höher als die Schaltfrequenz der Schaltvorrichtungen ist, gekennzeichnet durch einen weiteren in einer Richtung wirkenden Resonanzkreis, der eine dritte Schaltvorrichtung (Ci? 11), die abwechselnd mit der ersten Schaltvorrichtung (CR 1) arbeitet, um die kapazitive Speichereinrichtung (CX, CIl) mit einer der gegebenen Polarität entgegengesetzten Polarität periodisch aufzuladen, und eine vierte Schaltvorrichtung (CR 21) enthält, die abwechselnd mit der dritten Schaltvorrichtung (CR 11) arbeitet, um dem Ausgangskreis abwechselnde Energiestöße in entgegengesetzten Richtungen zuzuführen und dadurch in dem Ausgangskreis einen hochfrequenten Wechselstrom aufrechtzuerhalten.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Speichereinrichtung aus einem einzigen Kondensator (Cl) besteht, der über die erste Schaltvorrichtung (CR 1) und die dritte Schaltvorrichtung (CR 11) abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen aufladbar und über die zweite Schaltvorrichtung (CR 2) und die vierte Schaltvorrichtung (CR 21) abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen entladbar ist.

3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die vierte Schaltvorrichtung von einer einzigen sättigbaren Drossel (SR) gebildet sind.

4. Generator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (Cl) in der Schaltung symmetrisch angeordnet ist und abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen aus einem in der Mitte angezapften Speisekreis (L 4, C 31, C 32) über die erste Schaltvorrichtung (CR 1) und die dritte Schaltvorrichtung (CR 11) aufgeladen wird.

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Verwendung als Frequenzwandler mit Speisung aus einer Wechselstromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine dritte Schaltvorrichtung für Jede Phase des Speisewechselstroms sowie eine Einrichtung vorgesehen sind, welche die betreffenden ersten und dritten Schaltvorrichtungen aufeinanderfolgend in leitenden Zustand bringt, wenn die betreffenden Phasen sich auf dem angemessenen Potential befinden.

6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Steuerkreis für die erste und die dritte Schaltvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis die erste und die dritte Schaltvorrichtung mit einer vorbestimmten Frequenz- und Phasenbeziehung betätigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen