DE1413476C3 - Frequenzwandler - Google Patents

Description

2. Frequenzwandler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß an jede Außenklemme (4, 6) der Induktivität (L) mit Mittelanzapfung (5) eine weitere steuerbare Gleichrichterzelle (S., S^) mit der gleichen Elektrode wie die übrigen an diese Außenklemme angeschlossenen Gleichrichterzellen angeschlossen ist, daß die andere Elektrode dieser weiteren steuerbaren Gleichrichterzellen (S-. .V_n) mit dem gemeinsamen Nullpunkt (N) der WechselspaniHingssysteme verbunden ist und daß die Verteilerschaltung so ausgeführt ist, daß sie den Steuerelektroden (57. 58) der weiteren steuerbaren Gleichrichterzellen (.S'., i'_s) Impulse w in Zeitpunkten zuführt, die kurz vor dem Auftreten der Impulse der einen bzw. der anderen Folge kurzer Impulse der betreffenden Steuerimpulsfolge liegen.

3. Frequenzwandler nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelanzapfung (5) der Induktivität (L) mit der zugeordneten Phasenklemme (7) des gespeisten Wechselspannungssystems über eine Filterinduktivität (L_;() verbunden ist, deren Wert groß im Verhältnis zu demjenigen der Induktivität (Z.) ist.

4. Frequenzwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelanzapfung (5) der Induktivität (L) mit dem gemeinsamen Nullpunkt (N) der Wechselspannungssysteme über einen , Kondensator (C) verbunden ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzwandler der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Art.

Ein solcher Frequenzwandler ist in der GB-PS 950 beschrieben. Bei diesem bekannten Frequenzwandler ist jede steuerbare Gleichrichterzelle durch eine Gasentladungsröhre gebildet, insbesondere durch eine Quecksilberdampfröhre von der unter der Bezeichnung Ignitron bekannten Bauart.

Bekanntlich beruht der Stromleitungsmechanismus solcher Gasentladungsröhren auf der Ionisation des darin unter niedrigem Druck enthaltenen Gases. Bei den steuerbaren Gasentladungsröhren wird die Ionisation durch eine Zünd- oder Steuerelektrode eingeleitet. Nach dem Zünden ist die an die Zünd- oder Steuerelektrode angelegte Spannung im wesentlichen ohne Einfluß auf das Verhalten der Röhre; es fließt dann ein Strom, der bis zu einem durch die Bauart der Röhre bedingten Höchstwert nur durch den äußeren Stromkreis bestimmt ist, und an der Röhre besteht ein Spannungsabfall, der unabhängig von der Stromstärke im wesentlichen konstant und ebenfalls nur durch die Bauart der Röhre bestimmt ist. Im allgemeinen erlischt der Stromfluß von selbst, wenn die

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Spannung an der Röhre unter einen Mindestwert fällt, insbesondere wenn sie durch Null-geht; es ist dagegen in der Regel nicht möglich, das Löschen der Röhre durch ein der Zünd- oder Steuerelektrode zugeführtes Signal auszulösen.

Die steuerbaren Gasentladungsröhren zeigen somit das Verhalten eines Schalters, der durch einen der Zünd- oder Steuerelektrode zugeführten Impuls geschlossen wird und sich bei bestimmten Bedingungen im äußeren Stromkreis, insbesondere beim Nulldurchgang der angelegten Spannung, oder bei Umkehrung der Stromrichtung wieder von selbst öffnet. Dadurch unterscheiden sie sich grundsätzlich von den Hochvakuum-Elektronenröhren, bei denen der Stromrluß zwischen Kathode und Anode allein durch die von der Kathode emittierten Elektronen gegeben und in jedem Zeitpunkt von dem an der Steuerelektrode anliegenden Steuersignal abhängig ist.

Insbesondere bestehen folgende grundsätzlichen Unterschiede im Verhalten von Gasentladungsröhren und von Hochvakuum-Elektronenröhren:

a) die Gasentladungsröhren lassen sich für sehr viel größere Stromstärken bauen als die Vakuumröhren;

b) bei vergleichbarer Größe ist der maximale Strom einer Gasentladungsröhre um Größenordnungen größer als der maximale Strom einer Elektronenröhre;

c) der Spannungsabfall an der Gasentladungsröhre

ist auch bei großen Stromstärken wesentlich niedriger als der Spannungsabfall an einer Vakuumröhre, und daher ist auch die Verlust-" leistung kleiner, da diese dem Produkt aus Spannungsabfall und Strom entspricht; die geringere Verlustleistung ergibt einen besseren Wirkungsgrad und erleichtert die Abfuhr der Verlustwärme, d. h. die Kühlung der Röhre;

d) die Erzeugung der Steuersignale ist bei Gasentladungsröhren wesentlich einfacher, weil diese Steuersignale nur aus kurzen Impulsen zu bestehen brauchen, die nach dem Zünden sofort aufhören können; dagegen muß bei Vakuumröhren für die ganze Dauer des Stromflusses ein die Stromstärke bestimmendes Steuersignal angelegt werden;

e) da starke Ströme bei Vakuumröhren im allgemeinen nur mit positiver Aussteuerung des Steuergitters erhalten werden können, fließt während der ganzen Dauer des Stromflusses ein Gitterstrom, der die Aufwendung einer beträchtliehen Steuerleistung erfordert; dagegen ist die erforderliche Steuerleistung bei Gasentladungsröhren wegen der kurzen Dauer der Zündimpulse gering;

f) mit Vakuumröhren kann die Stärke des Stroms in jedem Zeitpunkt durch das angelegte Steuersignal gesteuert werden; diese Möglichkeit besteht bei Gasentladungsröhren nicht;

g) Vakuumröhren arbeiten praktisch trägheitslos, während die Betriebsf requenz von Gasentladungsröhren insbesondere wegen der zur Entionisierung erforderlichen Zeit beschränkt ist.

Infolge dieser unterschiedlichen Eigenschaften haben sich zwei deutlich voneinander abgegrenzte Anwendungsgebiete für diese beiden Röhrenarten herausgebildet: Vakuumröhren werden überall dort eingesetzt, wo die Stärke des über die Röhren niebenden Ströme durch ein Steuersignal gesteuert werden soll, also zur Verstärkung, Modulation usw., oder wo mit hohen Frequenzen gearbeitet werden muß; Gasentladungsröhren sind für diese Zwecke nicht geeig_T net; Gasentladungsröhren werden' überall dort verwendet, wo ein reines Schalterverhaiten bei nicht allzu hohen Frequenzen benötigt wird, also zur Gleichrichtung, Wechselrichtung, r'requenzumtormung usw.; soweit es sich um nicht sehr große Ströme oder Leistungen handelt, könnten zwar auch Vakuumröhren für diese Zwecke eingesetzt werden, doch würden dabei ihre nachteiligen Eigenschaften sehr störend in Erscheinung treten, ohne daß ihre vorteilhaften Eigenschaften ausgenutzt werden; für sehr große Ströme oder Leistungen kommen jedoch nur Gasentladungsröhren in Betracht.

Mit dem Aufkommen der Halbleitertechnik entstanden zunächst die steuerbaren Halbleiter-Schaltungselemente, die insofern das Verhalten von Hochvakuum-Elektronenröhren zeigen, daß der hindurchfließende Strom durch ein angelegtes Steuersignal stetig steuerbar isi; hierzu gehören insbesondere die Transistoren und Feldeffekttransistoren, aber auch magnetisch steuerbare Halbleiterelemente. Diese steuerbaren Halbleiterelemente sind praktisch für alle Anwendungen geeignet, für die vorher Vakuumröhren angewendet wurden. Sie können wie Vakuumröhren auch als Schalter verwendet werden, doch sind dann ihre Eigenschaften in ähnlich schlechter Weise genutzt, und der Bereich der zu schaltenden Ströme und Leistungen ist sehr beschränkt.

Es wurden deshalb Halbleiter-Schaltungselemente entwickelt, deren Verhalten demjenigen der Gasentladungsröhren ähnlich ist, d. h., daß sie durch e^:nen an eine Steuerelektrode angelegten Impuls »gezündet« werden können und dann Strom führen, bis sie durch Bedingungen im äußeren Stromkreis »gelöscht« werden, insbesondere beim Nulldurchgang der Spannung oder bei Umkehrung der Stromrichtung. Diese steuerbaren Halbleitergleichrichterzellen (auch Thyristoren genannt) sind auch insofern den Gasentladungsröhren ähnlich, daß sie für wesentlich größere Ströme und Leistungen gebaut werden können als Transistoren und ähnliche Halbleiterschaltungselemente mit Vakuumröhrenverhalten. Sie finden deshalb in zunehmendem Maße für alle Zwecke Anwendung, für die vorher Gasentladungsröhren verwendet wurden.

Der eingangs erwähnte, aus der GB-PS 645 950 bekannte Frequenzwandler dient dem Zweck, aus einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz, beispielsweise der Netzfrequenz von 60 Hz, eine sehr viel höhere Frequenz, beispielsweise in der Größenordnung von 1000 Hz, zu erzeugen. Zu diesem Zweck besteht die jeder Gleichrichterzelle zugeführte Steuerimpulsfolge aus Impulsen, die mit einer Folgefrequenz aufeinanderfolgen, die der gewünschten Ausgangsfrequenz entspricht. Das Prinzip dieses Frequenzwandlers besteht also darin, daß durch abwechselndes Zünden und Löschen der Gleichrichterzellen im Takt der Ausgangsfrequenz aus den Sinuskurven der niedrigerfrequenten Eingangsspannungen entgegengesetzt gerichtete Abschnitte ausgeschnitten werden, die jeweils eine Halbperiode der höherfrequenten Ausgangsspannung ergeben. Durch die Verwendung einer mehrphasigen Eingangsspannung wird gewährleistet, daß das Ausscheiden stets etwa im Spannungsmaximum erfolgen kann, so daß die Amplitude der Ausgangsspannung annähernd konstant

bleibt. Die Ausgangsfrequenz ist durch Änderung der Folgefrequenz der Steuerimpulse veränderlich, doch muß sie stets größer als die Eingangsfrequenz sein.

Bei dieser Betriebsart besteht grundsätzlich das Problem, daß die Kurvenform der Ausgangswechselspannung durch den von der jeweils gezündeten und dann wieder gelöschten Gleichrichterzelle aus der Eingangswechselspannung ausgeschnittenen Kurvenabschnitt bestimmt ist. Die Kurvenform weicht daher sehr stark von der Sinusform ab, d. h., daß sie Oberwellen großer Amplitude mit dem Doppelten, Dreifachen und höheren Vielfachen der Frequenz der Ausgangswechselspannung enthält. Diese Oberwellen lassen sich verhältnismäßig einfach ausfiltern, wenn die Frequenz der Ausgangswechselspannung hoch ist; wenn dagegen die Frequenz der Ausgangswechselspannung niedrig ist, erfordert das Ausfiltern der Oberwellen die Verwendung von Schaltungselementen (insbesondere Induktivitäten) mit verhältnismäßig großen Werten.

Zwar beruht die Arbeitsweise dieses bekannten Frcquenzwandlers auf der Verwendung von besonderen Mehrelektroden-Gasentladungsröhren, doch wäre es mit entsprechenden Abänderungen auch möglich, einen Frequenzwandler gleicher Art auch mit steuerbaren Halbleitergleichrichterzellen aufzubauen. In diesem Fall entsteht aber zusätzlich zu dem Problem der Oberwellenfilterung noch ein weiteres Problem, wenn die Ausgangsfrequenz in der gleichen Größenordnung wie die Eingangsfrequenz liegen soll, wie nachstehend erläutert wird.

Ein Frequenzwandler mit steuerbaren Gleichrichterzellen, der eine veränderliche Ausgangsfrequenz von der Größenordnung der Eingangsfrequenz liefert, ist aus der FR-PS 1 299 121 bekannt. Dieser bekannte Frequenzwandler dient zur Drehzahlsteuerung eines Zweiphasenmotors durch Speisung mit einer Spannung veränderlicher Frequenz, die aus einer Dreiphasenquelle fester Frequenz gewonnen wird. Der Frequenzwandler hat im wesentlichen ebenfalls den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Aufbau; er enthält also zwei Schaltungsgruppen mit jeweils drei Paaren von steuerbaren Halbleitergleichrichterzellen, die in der angegebenen Weise mit den Phasenklemmen des speisenden Wechselspannungssystems und mit den Außenklemmen einer Induktivität mit Mittelanzapfung verbunden sind. Die Zündungen der Halbleitergleichrichterzellen erfolgen im Takt der gewünschten Ausgangsfrequenz, wobei die Steuersignale durch Überlagerung von zwei um 90° phasenverschobenen Oszillatorspannungen fester Frequenz mit einerOszillatorspannung veränderlicher Frequenz erhalten werden. Durch besondere Maßnahmen wird erreicht, daß bei Änderungen der Ausgangsfrequenz der Ausgangsstrom im wesentlichen konstant bleibt und die Ausgangsspannung im wesentlichen der Frequenz proportional ist. Das Zünden jeder Halbleitergleichrichterzellc hat die Sperrung der zuvor gezündeten Halblcitergleichrichterzelle zur Folge. Die Sperrung einer bestimmten Halbleitergleichrichterzcllc, die normalerweise durch das Zünden einer anderen Halbleitcrgleichrichterzelle hervorgerufen wird, kann jedoch nur in einem Zeitraum erfolgen, in welchem das speisende Wechselspannungssystem eine solche Phasenlage hat. daß die an der gerade gezündeten Halblcitergleichrichterzelle liegende Spannung größer als diejenige der zu sperrenden Halbleilcriileichrichtcrzcllc ist. Dadurch ergeben sich die schwerwiegenden Probleme, daß bei einem Fehler im Verbraucherkreis (Kurzschluß oder Überlastung) die Halbleiterglcichrichterzelle, die im Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers Strom führt, erst dann gesperrt werden kann, wenn die speisende Wechselspannung sich bereits in dem betreffenden Phasenintervall befindet; dies kann einen merklichen Bruchteil der Periode der speisenden Wechselspannung (beispielsweise 10 Millisekunden bei einer Frequenz von 50 Hz)

i» erfordern. Diese Zeit ist oft so groß, daß die Halbleitergleichrichterzelle bereits zerstört ist. bevor ihre Sperrung wirksam geworden ist.

Dieses Problem besteht bei allen Frequenzwandlern, die mit steuerbaren Halbleitergleichrichterzellen bestückt sind, die nach dem Prinzip der Gasentladungsröhren arbeiten, wenn die Ausgangsfrequenz in der Größenordnung der niedrigen Eingangsfrequenz liegt und die Steuerung der Halbleitergleichrichterzellen im Takt einer dieser Frequenzen erfolgt.

In der DT-AS 1 065 080 sind verschiedenartige Einrichtungen zur Umformung von Spannungen beliebiger Art und Kurvenform beschrieben, bei denen die Speisespannung mit Hilfe von steuerbaren Halbleiter-Schaltelementen im Takt einer Steuerfrequenz in Spannungsabschnitte zerhackt wird, deren Mittelwert dem gewünschten Verlauf der Ausgangsspannung folgt. Diese Einrichtungen können Gleichspannuncswandler, Wechselrichter, Wechselspannungssteller oder auch Frequenzwandler sein. Die HaIbleiter-Schaltelemente sind in diesem Fall aber magnetisch steuerbar, d. h., daß ihr Widerstand, der normalerweise einen niedrigen Wert hat, durch Anlegen eines Magnetfeldes bestimmter Richtung und ausreichender Stärke auf einen sehr hohen Wert gesteigert werden kann. Es handelt sich dabei also um Halbleiterelemente, die insofern das Verhalten von Hochvakuum-Elektronenröhren (oder auch Transistoren) zeigen, daß der Stromfluß in jedem Zeitpunkt von dem angelegten Steuersignal abhängt. Zwar besteht bei solchen Schaltelementen nicht das durch die verzögerte Löschung verursachte Problem, doch kommen sie wegen der eingangs geschilderten Eigenschaften, die allen solchen Schaltungselementen anhaften, für Frequenzwandler und Stromrichter größerer Leistung praktisch nicht in Betracht. Da die Stromführungszeiten dieser gesteuerten Schaltelemente jeweils genau der Dauer der angelegten Steuersignale entsprechen, ist es durch eine geeignete Form der Steuersignale ohne weiteres möglich, beispielsweise die Dauer dieser Stromführungszeiten so zu modulieren, daß der Mittelwert mehrerer in der gleichen Richtung aufeinanderfolgenderStromimpulse einem sinusförmigen Verlauf folgt. Diese Maßnahme kann aber auf Schaltelemente mit dem Verhalten von Gasentladungsröhren nicht übertragen werden, weil dann die zum Löschen bzw. Sperren erforderlichen Stromimpulse in der Gegenrichtung fehlen. Soweit bei diesen bekannten Anordnungen abwechselnde Stromimpulse in entgegengesetzten Richtungen erzeugt werden, folgen sie wieder mit der Frequenz der Ausgangswechselspannung aufeinander, so daß jeder Stromimpuls einer Halbperiode dieser Ausgangswechselspannung entspricht. Zwar ist auch eine Maßnahme angegeben, um auf diese Weise aus einer Eingangswechselspannung fester Frequenz eine Ausgangswechselspannung mit steuerbarer Frequenz von gleicher Größenordnung zu erzeugen, doch erfolgt diese Frequenzumformung auf einem Umweg: Durch gcgenphasigcs Zer-

hacken von Dreiphasenspannungen jeweils in den Kuppen der Sinuslinien werden zunächst zwei Wechselspannungen gleicher Frequenz erzeugt, deren Frequenz gleich der Frequenz der Steuersignale und wesentlich höher als die Frequenz der Eingangs-Wechselspannungen und die gewünschte Ausgangsfrequenz ist; die Ausgangsspannung wird dadurch erhalten, daß aus diesen beiden auf diese Weise erzeugten höherfrequenten Wechselspannungen durch Überlagerung mit einer sich im Takt der gewünschten Ausgangsfrequenz ändernden gegenseitigen Phasenverschiebung eine modulierte Summenspannung gebildet wird, aus der dann schließlich durch Gleichrichtung mit Änderung der Polarität im Nulldurchgang die Ausgangsspannung mit veränderlicher Frequenz erhalten wird. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig, denn es werden zwei gleiche Frequenzwandler zur Erzeugung der beiden Zwischenspannungen mit höherer Frequenz und außerdem noch die für die Überlagerung dieser Zwischenspannungen mit modulierter Phasenverschiebung und die für die Gleichrichtung des Überlagerungsproduktes erforderlichen Schaltungen benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Frequenzwandler der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der bei Verwendung von steuerbaren Halbleitergleichrichterzellen große Betriebssicherheit und kleinen Raumbedarf aufweist, innerhalb des durch ihr Schaltverhalten gegebenen Frequenzbereichs hinsichtlich der Ausgangsfrequenz keiner Einschränkung unterworfen ist und schnell auf Änderungen der Steuerspannung anspricht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten Frequenzwandler wird jede Halbleitergleichrichterzelle mit einer Frequenz gezündet und gelöscht, die sehr viel größer ist als die der gewünschten Ausgangsfrequenz. Die Phasenverschiebung zwischen den beiden Folgen kurzer Impulse jeder Steuerimpulsfolge und die Art der Verteilung dieser Impulse hat zur Folge, daß abwechselnd immer zwei gegensinnig gepolte Halbleitergleichrichterzellen jeder Schaltungsgruppe gezündet werden; dadurch werden im Ausgangskreis abwechselnd einander entgegengesetzt gerichtete Stromimpulse erzeugt, deren Dauer klein gegen die Periode der Ausgangswechselspannung ist. Es stellt sich daher im Ausgangskreis ein Mittelwert des Stromes ein, der dem Verhältnis der Impulslängen der Stromimpulse der einen bzw. der anderen Richtung entspricht und somit von der gegenseitigen Phasenverschiebung der beiden Steuerimpulsfolgen abhängt. Dieser Mittelwert ist Null, wenn die Stromimpulse in beiden Richtungen die gleiche Länge haben, also die Steuerimpulsfolgen um 180° phasenverschoben sind; er wird positiv, wenn die Stromimpulse der positiven Richtung langer als die Stromimpulse der negativen Richtung sind, d. h. die Phasenverschiebung größer als 180° ist, und er wird negativ, wenn die Stromimpulse der negativen Richtung langer als die Stromimpulse der positiven Richtung sind, also die Phasenverschiebung kleiner als 180° ist. Wenn somit die Phasenverschiebung zwischen den beiden Steuerimpulsfolgen im Takt der Ausgangsfrequenz moduliert wird, folgt auch der Mittelwert des Stroms im Ausgangskreis dieser Modulation.

Bei dem Frequenzwandler nach der Erfindung erfolgen die. Zündungen und Löschungen jeder Gleichrichterzelle in schneller Folge, wobei jede Gleichrichterzelle durch das Zünden einer anderen Gleichrichterzelle nach einem sehr kurzen Zeitintervall gesperrt wird, und zwar unabhängig von den im Zeitpunkt der Sperrung bestehenden Phasenbedingungen in dem speisenden Wechselspannungssystem. Im Falle eines Fehlers ist daher die betreffende Gleichrichterzelle auf jeden Fall nach einer sehr kurzen Zeit gelöscht, und sie kann dann nicht wieder gezündet werden, solange der Fehler besteht. Dadurch ergibt sich ein beträchtlich verbesserter Schutz der Gleichrichterzellen und eine Erhöhung der allgemeinen Betriebssicherheit der Anlage.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die im Verbraucherkreis erscheinenden unerwünschten Oberwellen hohe Frequenzen haben und daher sehr leicht durch Ausfiltern mit Hilfe von Schaltungselementen, beispielsweise Induktivitäten, von verhältnismäßig geringem Wert beseitigt werden können.

Diese beiden Vorteile werden insbesondere dadurch erhalten, daß als Steuerspannung für die Gleichrichterzellen Impulse mit einer hohen Folgefrequenz verwendet werden, die mehrere Kilohertz erreichen kann; die obere Grenze dieser Frequenz ist lediglich dadurch beschränkt, daß sie merklich unter dem Kehrwert der Entionisierungszeit liegen muß, welche bei steuerbaren Siliziumgleichrichterzellen in der Größenordnung von 10 us liegt.

Indirekt ergibt sich ein weiterer Vorteil der Anordnung dadurch, daß sie sehr schnell auf eine absichtliche Änderung der Eigenschaften der Steuerspannung, beispielsweise deren Frequenz, anspricht; dieser Vorteil ist besonders bei der Steuerung von Servomechanismen sehr wertvoll.

Schließlich ist es bei dem Frequenzwandler nach der Erfindung möglich, die Kurvenform des Stroms im Verbraucherkreis dadurch zu steuern, daß auf die Kurvenform der Modulatorspannung eingewirkt wird, welche die Phasenverschiebung der beiden Impulsfolgen beeinflußt. . Man kann beispielsweise diese Kurvenform so wählen, daß der Wirkungsgrad oder der Leistungsfaktor eines gegebenen Verbrauchers verbessert wird.

Schließlich kann die Ausgangsfrequenz beliebig gewählt werden, insbesondere auch größer als die Frequenz des speisenden Wechselspannungssy stems.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß an jede Außcnklemme der Induktivität mit Mittclanzapfung eine weitere steuerbare Glcichrichtcrzclle mit der gleichen Elektrode wie die übrigen an diese Außenklemme angeschlossenen Gleichrichterzellcn angeschlossen ist. daß die andere Elektrode dieser weiteren steuerbaren Gleichrichtcrzellen mit dem gemeinsamen Nullpunkt der Wechsclspannungssysteme verbunden ist und daß die Verteilerschaltung so ausgeführt ist, daß sie den Steuerelcktroden der weiteren steuerbaren Gleichrichterzellen Impulse in Zeitpunkten zuführt, die kurz vor dem Auftreten der Impulse der einen bzw. der anderen Folge kurzer Impulse der entsprechenden Stcuerimpulsfolge liegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Hrfmdung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 das Schaltbild des Frequen/umwandlers nach der Erfindung,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Aitsl'ühruiigs-

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form der Steuersignalerzeugerschaltung für den Frequenzwandler von F i g. 1 und

Fig. 3 Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Signalen in der Steuersignalerzeugerschaltung von Fig. 2.

Als Beispiel ist angenommen, daß die Frequenz /, des speisenden Wechselspannungssystems 50 Hz beträgt, daß das speisende Wechselspannungssystem dreiphasig ist und daß die Ausgangsfrequenz f., zwischen 0 und 50 Hz steuerbar sein soll. Die beschriebene Anordnung ist natürlich nicht auf diese Werte beschränkt. Das speisende Wechselspannungssystem kann eine beliebige Phasenzahl haben, und es spricht nichts dagegen, daß die Ausgangsfrequenz /., größer als /, ist. J5

Ferner ist angenommen, daß der Verbraucherkreis einphasig ist. Wenn der Frequenzwandler für einen dreiphasigen Verbraucherkreis Verwendung finden soll, werden drei Teilsysteme verwendet, von denen jedes den gleichen Aufbau wie das in der Zeichnung dargestellte System hat, und die den steuerbaren Halbleitergleichrichterzellen zugeführten Steuerspannungen werden in jedem dieser Systeme gegenüber dem vorhergehenden in ihrer Phasenlage um 120° el. verschoben. Die steuerbaren Halbleitergleichrichterzellen sind bei dem beschriebenen Beispiel Siliziumgleichrichterzellen.

Bei der in Fi g. 1 dargestellten Anordnung hat das speisende 50-Hz-Wechseispannungsnetz die Phasenklemmen 1, 2, 3 und die Nullklemme N. Die Klemme 1 ist einerseits mit der Anode ^₁ einer steuerbaren Siliziumgleichrichterzelle .S₁, welche eine Steuerelektrode 11 hat, sowie mit der Kathode K_A einer steuerbaren Siliziumgleichrichterzelle S₄, die eine Steuerelektrode 14 hat, verbunden. Entsprechende Verbindungen bestehen zwischen den Klemmen 2 und 3 und den Paaren von steuerbaren Siliziumgleichrichterzellen S₂, S- bzw. S.,, S₈. Die Kathoden K_v K₂, K_n der steuerbaren Siliziumgleichrichterzellen S₁, S₂, S., sind mit dem Ende 4 einer Induktivität L verbunden, während die Anoden a_v α., α_α der steuerbaren Siliziumgleichrichterzellen S₄, S₅, S„ mit dem anderen Ende 6 dieser Induktivität verbunden sind. Die Induktivität L besitzt einen Mittelabgriff 5, und die beiden Hälften der Induktivität L sind mit L₁ und L., bezeichnet. Der Mittelabgriff 5 der Induktivität L ist über einen Kondensator C mit der Klemme N verbunden, die ihrerseits direkt mit der Klemme 8 des Verbraucherkreises verbunden ist. Die andere Klemme 7 des Verbraucherkreises ist über eine Filterinduktivität L₃ mit dem Mittelabgriff 5 verbunden.

Den Steuerelektroden der steuerbaren Gleichrichterzellen S₁ bis S₆ werden mit einer später noch zu erläuternden zeitlichen Staffelung kurze Steuerimpulse zugeführt, welche von einem als Verteileranordnung dienenden Gerät 40 geliefert werden und die Folgefrequenz 1000 Hz haben.

In F i g. 3 der Zeichnung sind die zeitlichen Verläufe von zwei gegeneinander phasenverschobenen Folgen kurzer Spannungsimpulse J₂ und J₃ dargestellt; diese beiden Folgen bilden zusammen die Steuerimpulsfolge für die Schaltungsgruppe der Gleichrichterzellen S₁ bis S₆ von Fig. 1. Das als Impulsverteiler wirkende Gerät 40 von F i g. 2 legt in einer später noch genauer erläuterten Weise die Impulse /., und /., zwischen den Kathoden und den Steiierelektrodcn 'ausgewählter Gleichrichterzellen S₁ bis S₁. in solcher Richtung an, daß die Steuerelektrode positiv gegen die Kathode gemacht wird, so daß die Impulse als Zündimpulse wirken. In Fig. 2 ist dies dadurch angedeutet, daß das Gerät 40 mit einer Reihe von Ausgangsklemmen versehen ist, die mit den Bezugszeichen derjenigen Schaltungspunkte von F i g. 1 bezeichnet sind, mit denen sie verbunden sind. Da die Kathoden K₁, K₂, K₃ der Gleichrichterzellen S₁, S₂, S., am gemeinsamen Schaltungspunkt 4 zusammengeschaltet sind, hat das Gerät 40 für die Verbindung mit diesen Kathoden nur eine einzige Ausgangsklemme, die ebenfalls mit 4 bezeichnet ist. Die Steuerelektroden 11, 12, 13 der Gleichrichterzellen S₁, S₂, S₃ sind mit den entsprechend bezeichneten Ausgangsklemmen des Geräts 40 verbunden. Zwischen der Ausgangsklemme 4 und jeweils einer der Ausgangsklemmen 11, 12, 13 können also die Zündimpulse für die Gleichrichterzelien S₁, S₂, S., abgegeben werden. In entsprechender Weise können zwischen den Ausgangsklemmen/C₄, 14; UC₅, 15; Kf., 16 die Zündimpulse für die Gleichrichterzellen S₄, S₅, S_f) abgegeben werden. Als Beispiel kann angenommen werden, daß die Klemmenpaare K_v 14; K-, 15; K_n, 16 die Klemmen der Sekundärwicklungen von drei im Gerät 40 enthaltenen Impulsübertragern sind. In entsprechender Weise sind auch die Ausgangsklemmen 11, 12, 13 jeweils eine Klemme der Sekundärwicklungen von drei weiteren Impulsübertragern, deren andere Klemmen an der Ausgangsklemme 4 zusammengeschaltet sind.

Jeder der Impulse/., bildet mit dem zeitlich darauffolgenden Impuls /., ein zeitlich gestaffeltes Impulspaar, und die beiden zeitlich ineinandergeschachtelten Folgen der Impulse J₂ und /., bilden die Steuerimpulsfolge. Die Folge der Impulse J., hat eine hohe Folgefrequenz F von beispielsweise 1000 Hz, und die Folge der ImpulseJ₃ hat die gleiche mittlere Frequenz.

Der Phasenwinkel zwischen jedem Impuls /., und dem zeitlich darauffolgenden Impuls J₃, also zwischen den beiden Impulsen jedes Impulspaares, ist aber nicht konstant, sondern ändert sich periodisch mit der gewünschten Alisgangsfrequenz /., (beispielsweise 40 Hz). Wenn also beispielsweise in einem bestimmten Zeitpunkt der Phasenwinkel zwischen den beiden Impulsen J₂, J₃ eines Impulspaares 180° beträgt (so daß der Impuls /., genau in der Mitte zwischen zwei Impulsen J₂ liegt), so ist beim nächsten Impulspaar dieser Phasenwinkel etwas kleiner als 180°, und er nimmt bei den folgenden Impulspaaren allmählich weiter ab, bis zu einem Mindestwert; dann nimmt der Phasenwinkel wieder allmählich zu, geht wieder ' durch den Wert 180°, steigt dann weiter an bis zu einem Höchstwert, worauf er wieder abnimmt. Wenn dann wieder der Wert 180° erreicht ist, ist gerade eine Periode der Ausgangsspannung durchlaufen. Bei einer angenommenen Ausgangsfrequenz von 40 Hz würde dieser Vorgang sich also vierzig Mal in der Sekunde wiederholen und jeweils 25 ms dauern. Bei der angenommenen Impulsfolgefrequenz von 1000 Hz wurden also jeweils 25 Impulspaare J.„ J₃ von dem vollständigen Vorgang betroffen sein.

Mit anderen Worten ist die Folge der kurzen Impulse J₃ pulsphasenmoduliert, da ihre Phasenwinkel im Takt einer Modulationsfrequenz verändert werden. Wie jede Phasenmodulation ist auch diese von einer Frequenzmodulation begleitet, so daß also die Folgefrequenz der Impulse J₃ nicht konstant ist, son-

dem periodisch um den mittleren Wert von 1000 Hz schwankt. Diese zusätzliche Frequenzmodulation ist aber für die Wirkungsweise der Anordnung ohne Bedeutung, und es ist üblich, als Frequenz die mittlere Frequenz anzugeben.

Die beiden Impulsfolgen /.„ /.,, von denen die eine eine feste Frequenz und Phase hat, während die andere phasenmoduliert ist, können am einfachsten aus Rechteckimpulsen J₁ erhalten werden, deren Vorderflanken in gleichmäßigen Abständen aufeinanderfolgen, deren Dauer sich aber periodisch mit der Frequenz /., (z. B. 40 Hz) ändert. Diese Änderung der Impulsdauer kann mit den herkömmlichen Verfahren zur Dauermodulation von Rechtecksignalen erreicht werden.

Jeder der Impulse J₂ entspricht dann zeitlich der Vorderflanke eines der Rechteckimpulse J₁, während jeder der Impulse J'₃ der Hinterflanke des gleichen Rechteckimpulses Z₁ entspricht. Für die Bildung der Impulsfolgen J₂ und J₃ aus den Rechteckimpulsen J_x werden herkömmliche Einrichtungen verwendet, die im wesentlichen elektrische Zeitdifferentiationsschaltungen enthalten, weiche die Impulsfolgen J., und J'₃ erzeugen; durch Polaritätsumkehrung der Impulse J\ werden die Impulse J₃ erhalten.

Der Betrieb der Anordnung erfolgt in einem zyklischen Verfahren, wobei die Erscheinungen in jedem Zeitpunkt von dem vorhergehenden Zustand des Systems abhängen. Ebenso wie bei den herkömmlichen Stromrichtern läßt sich der Betrieb nur unter der Annahme erläutern, daß der Rhythmus bereits ausgebildet ist, d. h., daß eine den Klemmen 1, 2, 3 und N zugeführte 50-Hz-Dreiphasenspannung bereits einen Strom der gewünschten Frequenz f., zwischen den Klemmen 7 und 8 erzeugt hat.

Es sei angenommen, daß dieser Strom in einem bestimmten Zeitpunkt positiv gerichtet ist und daß die Phasenbedingungen des speisenden Wechselspannungssystems so sind, daß von den Klemmen 1, 2, 3 die Klemme 1 die größte positive Augenblicksspannung gegen die Klemme N hat. Das Gerät 40 (F i g. 2) enthält Verteilereinrichtungen, die bewirken, daß die Impulse /, nur denjenigen steuerbaren Gleichrichterzellen (im vorliegenden Fall also den Gleichrichterzellen S₁ und S₄) zugeführt werden, welche an die größte positive Augenblicksspannung führende Klemme des Klemmensatzes 1, 2, 3 angeschlossen sind. Diese Anordnung bewirkt also, daß der Impuls J₂, welcher in einem gegebenen Zeitpunkt auftritt, nur den Steuerelektroden 11 und 14, aber nicht den Steuerelektroden der übrigen steuerbaren Gleichrichterzellen zugeführt wird. Diese Verteilereinrichtungen arbeiten unter der Steuerung von Spannungen, die von den Klemmen 1, 2, 3 und N kommen und den Eingangsklemmen 51, 52, 53 und 50 des Gerätes 40 zugeführt werden.

Im gleichen Zeitpunkt ist die von der Klemme 1 an die Anode a_x gelieferte 50-Hz-Spannung positiv gegen den Punkt N. Die Anoden-Kathoden-Strecke der steuerbaren Gleichrichterzelle S₁ wird gezündet, wenn ein Impuls J., auftritt, und deren Strom geht über die Teilwicklung L₁, die Filterinduktivität L₃ und den Verbraucherkreis 7,8 zurück zur Klemme N. Der bei zu geringer Kapazität des Verbraucherkreises vorzusehende Kondensator C lädt sich auf und erzeugt an der Kathode K₁ eine Gegenspannung, welche die Spannung zwischen a_x und K₁ zu begrenzen sucht. Der Impuls J₂ wird außerdem der Steuerelektrode 14 der steuerbaren Gleichrichterzelle S₄ zugeführt, doch zündet diese nicht, weil ihre Anoden-Kathoden-Spannung negativ ist.

Wenn der Impuls/₃ in einer Zeit von weniger als Viooo Sekunde nach dem Impuls /., erscheint, wird er infolge der im Gerät 40 enthaltenen Verteilungseinrichtungen denjenigen steuerbaren Gleichrichterzellen zugeführt, welche an diejenige der Klemmen 1, 2, 3 angeschlossen sind, welche die

ίο größte negative Augenblicksspannung gegen die Klemme N führt, beispielsweise die Klemme 3. Dieser Impuls /₃ kann dann den Strom der steuerbaren Gleichrichterzelle S_a nicht zünden, weil die Anoden-Kathoden-Spannung der steuerbaren Gleichrichterzelle S₃ negativ ist. Der Impuls /_:! zündet dagegen die steuerbare Gleichrichterzelle S₆, und deren Strom fließt über die Teilwicklung L₂, die Filterinduktivität L₃ und den Verbraucherkreis 7,8 zurück zur Klemme N. Dieser Strom hat in der Schaltung 5, L₃, 7, 8 die entgegengesetzte Richtung wie der von der steuerbaren Gleichrichterzelle S₁ abgegebene Strom. Auf Grund der Kopplung zwischen den beiden Hälften der Induktivität L nimmt die Kathode der steuerbaren Gleichrichterzelle S₁ plötzlich ein solches Potential an, daß die Gleichrichterzelle S₁ gelöscht wird und gelöscht bleibt, bis ein neuer Impuls /., erscheint, welcher die Gleichrichterzelle S₁ erneut zündet. Da dann der Strom in der Filterinduktivität L₃ seine Richtung beizubehalten sucht, kann von den beiden Gleichrichterzellen S₁ und S₀ nur die Gleichrichterzelle S₁ gezündet bleiben, so daß die Gleichrichterzelle S₀ gelöscht wird. Dies setzt sich fort, bis zu dem Augenblick, in welchem die Änderung der Phasenlage der Spannungen an den Klemmen 1, 2, 3 die Folge hat, daß eine weitere Gruppe von zwei steuerbaren Gleichrichterzellen zur Wirkung kommt, beispielsweise die Gleichrichterzellen S., und S₄.

Die drei Paare von steuerbaren Gleichrichterzellen arbeiten in analoger Weise. Sie haben die Aufgabe, die Arbeitsweise des Systems aufrechtzuerhalten. Wenn dieses nur zwei steuerbare Gleichrichterzellen, beispielsweise die Gleichrichterzellen S₁ und S₄ enthielte, würde es bei Speisung durch ein Wechselstromnetz von 50 Hz während derjenigen Halbwelle der 50-Hz-Spannung aufhören zu arbeiten, während der das Potential des Punktes 1 negativ gegen das Potential des Punktes N ist. Dagegen ist der Betrieb befriedigend, sobald wenigstens zwei Paare von steuerbaren Gleichrichterzellen und ein zweiphasiges speisendes Wechselspannungsnetz verwendet werden. Wenn in dem zuvor angenommenen Zeitpunkt bei den gleichen Spannungsbedingungen an den Klemmen 1, 2, 3 die Stromrichtung zwischen den Klemmen 7 und 8 negativ wäre, würde alles wie zuvor ablaufen mit der Ausnahme, daß der Impuls J₂ die steuerbare Gleichrichterzelle S₄ und der Impuls J₃ die steuerbare Gleichrichterzelle S₃ zünden würde, wobei natürlich die Richtungen der Ströme im Verbraucherkreis 7, 8 gegenüber dem vorhergehenden Fall umgekehrt wären. In diesem Zusammenhang muß die wichtige Aufgabe der Filterinduktivität L₃ erwähnt werden, deren Reaktanz groß gegen die gegebenenfalls nicht ausreichende Impedanz des an die Klemmen 7 und 8 angeschlossenen Verbraucherkreises sein muß, so daß die in der Filterinduktivität L₃ gespeicherte magnetische Energie die Richtung des Stromes zwischen den Klemmen 7 und 8 aufrechtzuerhalten sucht, und dadurch aus den beiden

Gleichrichterzellen jedes Paares 5,, S₄; S₂, S₅; S.,, S₆ die richtige Gleichrichterzelle auswählt, welche durch den Impuls 7₂ bzw. 7₃ gezündet werden muß.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß die mittlere Stromstärke, welche durch den an die Klemmen 7, 8 angeschlossenen Verbraucherkreis fließt, im wesentlichen von der Dauer der Rechteckimpulse Z₁ abhängt. Wenn das Zeitintervall zwischen einem Impuls J₂ und einem Impuls /., konstant und gleich der Hälfte der Folgeperiode von Viooo Sekunde ist, hat der an den Klemmen 7, 8 abgegebene mittlere Strom den Wert Null. Wenn sich dieses Zeitintervall sinusförmig mit der Frequenz j₂ um den Mittelwert V2000 Sekunde ändert, erhält man an den Klemmen 7, 8 einen Sinusstrom der Frequenz J₂, dessen Stromstärke um so größer ist, je größer der Abstand zwischen den Grenzen des betreffenden Zeitintervalls ist (wobei aber dieser Abstand stets kleiner als Viooo Sekunde bleibt). Wenn sich das Zeitintervall nach einem anderen Gesetz ändert, erhält man für den Strom der Frequenz f., ein entsprechendes anderes zeitliches Änderungsgesetz.

Bei der beschriebenen Anordnung können verschiedenartige Mittel zur Erzeugung der Impulspaare J₂, 7_:) und zur Steuerung der Änderung des Zeitabstandes zwischen den Impulsen jedes Paares verwendet werden. Als Beispiel soll nachstehend die in Fig. 2 dargestellte einfache Ausführungsform einer geeigneten Einrichtung beschrieben werden.

Fig. 2 zeigt eine Spannungsquelle 9, die eine periodische Spannung der Frequenz F=IOOO Hz liefert, einen Sinusspannungsgencrator 10, der eine Spannung der Frequenz f., abgibt (die beispielsweise zwischen 0 und 50 Hz veränderlich ist), sowie einen bistabilen oder astabilen Multivibrator 20, welcher Rcchtecksignalc erzeugt. Die Spannungsquelle 9 synchronisiert über Leitungen 27, 28 die Schwingungsfrequenz des Multivibrators 20, während die vom Generator 10 abgegebene sinusförmige Modulatorspannung über die Leitungen 21, 22 periodisch nach einem gleichfalls sinusförmigen Gesetz das Tastverhältnis des Multivibrators 20 so ändert, d. h. das Verhältnis der Dauer der vom Multivibrator 20 gelieferten (in Fig. 3 dargestellten) Rechteckimpulc J₁ zu der Periodendaucr von Viooo Sekunde. Die Amplitude der vom Generator 10 gelieferten Spannung der Frequenz /₂ ist steuerbar, wodurch es möglich wird, die Amplitude der zeitlichen Änderung des »Arbeitszyklus« einzustellen.

Die Anordnung 30 ist eine herkömmliche Differentiationsschaltung, die eine zeitliche Differentiation der Rechtecksignale durchführt, welche ihr vom Multivibrator 20 über die Verbindungen 23, 24 zugeführt werden. Die Anordnung 30 liefert somit in bekannter Weise an ihren Ausgangsleitungen 25,26 Impulspaare J₂, J₃' von sehr kurzer Dauer und abwechselnder Polarität, die zu den Zeitpunkten auftreten, an denen der Multivibrator 20 seinen Zustand ändert, d. h. an den Zeitpunkten, an denen die über die Leitungen 23, 24 übertragene Rechteckspannung plötzlich von ihrem einen Wert in den anderen übergeht. In dem Gerät 40 wird die Polarität des Impulses 7.,' in irgendeiner bekannten Weise umgekehrt, damit der Impuls 7., erhalten wird.

Das Gerät 40 enthält eine Impulsauswahlschaltung, welche in irgendeiner bekannten Weise (beispielsweise durch Verwendung von an sich bekannten logischen Schaltungen mit einem Eingang und drei Ausgängen, die aus Dioden und Transistoren bestehen) die Impulse 7₂ und 7₃ an die Steuerelektrode der steuerbaren Gleichrichterzellen S₁, S₂, S₃ bzw. S₄, S₅, S₆ verteilt. Die im Inneren des Gerätes 40 erforderlichen Umschaltungen werden durch die bei 50, 51, 52 und 53 zugeführten 50-Hz-Spannungen gesteuert.

In der Schaltung nach F i g. 1 sind noch zwei zusätzliche steuerbare Gleichrichterzellen S₇ und S_H dargestellt, die Steuerelektroden 57 bzw.' 58 haben und hintereinandergeschaltet sind, wobei ihr gemeinsamer Punkt 59 mit der Klemme N verbunden ist, während die Kathode der Gleichrichterzelle S₇ mit

*5 dem Punkt 4 und die Anode der Gleichrichterzelle S₈ mit dem Punkt 6 verbunden sind. Zwei zusätzliche Verbindungsleitungen 4, 57 bzw. 59, 58 ermöglichen es, den Steuerelektroden der Gleichrichterzellen S₇ und S₈ Impulse von dem Gerät 40 zuzu-

führen.

Die soeben kurz beschriebene Anordnung bildet eine merkliche, jedoch nicht unerläßliche Verbesserung des beschriebenen Systems. Sie hat die Aufgabe, die maximalen Stromstärken der Augenblicks-

ströme herabzusetzen, welche über die steuerbaren Gleichrichterzellen im Augenblick der Umschaltung fließen, d. h. in dem Zeitpunkt, in welchem eine Gleichrichterzelle, z. B. die Gleichrichterzelle S₁, gezündet und eine weitere Gleichrichterzelle, z. B. die Gleichrichterzelle S₆, gelöscht wird. In diesem Augenblick wird nämlich aus der Induktivität L, dem Kondensator C und den beiden »umgeschalteten« Gleichrichterzellen ein Schwingkreis mit kurzer Schwingungsperiode gebildet. Wenn in Zeitpunkten, welche einem der Impulse 7₂ oder 7₃ um ein sehr kurzes Zeitintervall (beispielsweise 20 Mikrosekunden für F=IOOOHz) vorangehen, die Gleichrichterzellen S₇ und S₈ mit Hilfe von Hilfsimpulsen gezündet werden, die von den Klemmen 57, 58, 59

des Gerätes 40 kommen, wird über diese Gleichrichterzellen eine Stromabzweigung gebildet, welche die Potentiale der Punkte 4 und 6 im wesentlichen auf das Potential des Punktes N bringen, bevor ihre Polarität umgekehrt wird. Man erhält dadurch einen

allmählicheren Übergang jeder der Gleichrichterzellen S₁ bis S₆ aus ihrem stromführenden Zustand in ihren nicht stromführenden Zustand.

Die Kapazität des Kondensators C wird im allgemeinen nicht zu groß gewählt, beispielsweise so, daß

die Reaktanz bei der Frequenz F wesentlich größer als die Impedanz des Verbraucherkreises ist, so daß seine aufeinanderfolgenden Ladungen und Entladungen im Rhythmus der Frequenz F erfolgen können, da die Aufgabe, die Richtung des Stromes der

Frequenz /₂ aufrechtzuerhalten, hauptsächlich der Filterinduktivität L₃ übertragen ist.

Die steuerbaren Gleichrichterzcllen S₇ und S₈ können wegen ihrer untergeordneten Bedeutung schwächer dimensioniert werden als die Gleichrichterzellen S₁ bis S₈.

Zur Vereinfachung der Beschreibung ist in der Zeichnung nur eine Anordnung mit Einphasenausgang 7, 8 dargestellt. Wenn ein Dreiphascn-Frequenzwandler gebildet werden soll, müssen drei

Systeme vorgesehen wetden, von denen jedes der dargestellten Anordnung gleich ist, wobei die Ausgangsspannungen der drei die Frequenz /₂ liefernden Generatoren (die dem Generator 10 entsprechen)

eine Phasenverschiebung um ein Drittel einer Periode der Frequenz /₂ aufweisen müssen. Dies läßt sich in bekannter Weise ohne weiteres mit Hilfe eines sogenannten »Überlagerungsgenerators« erreichen, der einen Dreiphasengenerator mit fester Frequenz F₀ und einen Einphasengenerator mit veränderlicher Frequenz F₁ enthält und an seinen drei Ausgangsklemmenpaaren eine Dreiphasenspannung der Frequenz (F₁-F₀) liefert; diese Frequenz kann gleich der Frequenz /₂ gemacht und in breiten Grenzen durch Einwirkung auf F₁ verändert werden, wobei die relative Änderung von F₁ klein gehalten werden kann, wenn sowohl F₀ als auch F₁ sehr viel größer als /₂ sind.

Es sollen noch einige Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung angegeben werden:

Infolge der Wahl der hohen »Trägerfrequenz« F

von beispielsweise 1000 Hz ist es möglich, eine Induktivität L und einen Kondensator C von verhältnismäßig geringen Werten zu verwenden; daher kann auch die Filterinduktivität L₃, welche dazu dient, im Verbraucherkreis 7, 8 die Wechselstromkomponente der Frequenz F zu unterdrücken, im Vergleich zu den sonst üblichen Filterinduktivitäten einen ziemlich kleinen Wert haben, obgleich sie im Verhältnis zu der Induktivität L groß ist.

Das System ist umkehrbar, d. h., daß der Energie-. austausch sowohl von den Stromversorgungsklemmen 1, 2, 3, N zu den Klemmen 7, 8 als auch umgekehrt von den zuletzt genannten Klemmen zu den zuerst genannten Klemmen erfolgen kann, wenn in dem an die Klemmen 7, 8 angeschlossenen äußeren Stromkreis eine Energierückgewinnung durch Abbremsen von Elektromotoren erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 609/363

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Frequenzwandler zur Umwandlung einer /i-phasigen Wechselspannung der Frequenz /, mit Nullpunktlcitcr in eine p-phasige Wechselspannung der Frequenz/.,, wobei /) wenigstens gleich 2 ist während ρ gleich I sein kann, mit ρ Schaltungsgruppcn:

a) jede Schaltungsgruppe enthält /i Paare von steuerbaren Gleichrichterzellen mit je einer u> Anode, einer Kathode und einer Steuerelektrode;

b) jeweils eine Gleichrichterzelle jedes Paares ist mit der Anode an eine der η Pliasenklemmen des speisenden Wcchselspannungssystems und mit der Kathode an die eine Außenklemme einer Induktivität mit Mittelanzapfung angeschlossen;

c) die jeweils andere Gleichrichterzelle jedes Paares ist mit der Anode an die andere Außcnklemme der Induktivität und mit der Kathode an die gleiche Phasenklcmme des speisenden Wechselspannungssystems angeschlossen;

d) die Induktivität mit Mittelanzapfung sowie die Induktivität und Kapazität im Verbraucherkreis sind so ausgelegt, daß bei Zündung einer mit einer ihrer Klemmen verbundenen Gleichrichterzellc die mit ihrer anderen Klemme verbundene zuvor gezündete Gleichrichterzeile gelöscht wird;

e) die Mittelanzapfung der Induktivität ist mit einer Phasenklemme des gespeisten Wechselspannungssystems verbunden, dessen Nullpunkt mit dem Nullpunkt des speisenden Wcchselspannungssystems verbunden ist;

f) außerdem ist eine Steuersignalerzeugerschaltung vorhanden, welche ρ periodische Steuerimpulsfolgcn erzeugt, die zeitlich gegeneinander um den Bruchteil l/p einer Periode der Frequenz /., verschoben sind und über eine Verteilerschaltung jeweils den Steuerelektroden der Gleichrichterzellen einer der

ρ Schaltungsgruppen zugeführt werden;
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Verwendung von steuerbaren Halbleitergleichrichterzellen (S₁ bis 5_U);

b) jede Steuerimpulsfolge besteht aus zwei gegeneinander phasenverschobenen Folgen kurzer Impulse (J₂, J₁);

c) die mittlere Folgefrequenz (F) der Impulse (y.„ /.,) ist gleich und sehr viel größer als die Frequenzen der beiden Wechselspannungssysteme;

d) die Phase zwischen den beiden Folgen der kurzen Impulse ist durch eine Modulatoranordnung (9, 10, 20) in einem die Ausgangsfrequenz (/._,) des gespeisten Wechselspannungssystems (7, 8) bestimmenden Takt periodisch veränderbar;

e) die von den Spannungen des speisenden Wechselspannungssystems (1,2,3) gesteuerte Verteilerschaltung (40) führt die Impulse (J₂) der einen Folge kurzer Impulse jeweils der Steuerelektrode (11. 12, 13) derjenigen Gleichrichterzelle (.S₁, S.„ S_:i) der zugeordneten Schaltungsgruppe zu. deren Anode mit der die größte positive Augenblicksspaniumg führenden Phasenklemme des speisenden Wechselspannungssystems (1, 2, 3) verbunden ist, und führt die Impulse (J..) der anderen Folge kurzer Impulse jeweils der Steuerelektrode (14, 15, 16) derjenigen Gleichrichteivelle (.S₁, .S'., S_n) zu, deren Kathode mit der die größte negative Augenblicksspannung führenden Phasenklemme verbunden ist.