DE1563193A1 - Frequenzwandler - Google Patents

Description

;. DMng. WiIMm Roichel Dipl-Ing/ Wciijang Reicliel 6 Frankfuri a. M.' 1

Parksiiaße 13 P 15 63 193.3-32
General Electric Company 4800

Fr e q uenzwandler

Die Erfindung betrifft einen Frequenzwandler zur Umwandlung eines Signals mit hoher Frequenz in ein Signal mit niedriger Frequenz.

Der erfindungsgemäße Frequenzwandler kann zur Erzeugung eines Signals mit konstanter Frequenz in einem vorgewählten Bereich von Sollfrequenzen verwendet v/erden, wenn er aus einer Quelle mit variabler Drehzahl, z.B. einem Motor, gespeist wird. Derartige Frequenzwandler werden beispielsweise in Flugzeugen verwendet, bei denen ein Motor mit veränderbarer Drehzahl die Leistung für einen elektrischen Generator liefert. Außerdem kann der erfindungsgemäße Frequenzwandler zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines Wechselstrommotors verwendet werden, wenn man die Frequenz der Speisewechselspannung des Motors ändert, um die Drehzahl des Motors proportional zu ändern.

Beim erfindungsgemäßen Frequenzwandler werden Segmente ve Eingangsspannungswellen, die aus einer ausgewählten Anz· . phasensymmetrischer Stromquellen gewonnen werden, zu er: .^r Ausgangsspannungswelle zusammengesetzt. Der Frequenzwähler enthält selbst wieder für jede Phase einer gewünsciixei. Anzahl von Ausgangsphasen eine Frequenzwandlervorrichtunp;. Jede diener Wandlervorrichtungen enthält mindestens die gloiche Anzahl steuerbnrer Gleichrichterpaare, die nntip'-ralie.l zwischen eine Wechselstromquelle und einen Verbraucher geschaltet sind. Die gewünschte Anzahl von Modulatoren liegt in Reihe mit der Stromquelle und den Frequenzwpndlervorrichtungen, um das Zünden der steuerbaren G-leiohrichter zu programmieren. Diese Modulatoren wählen die'Segmente der Span-

0098U/Q867 -

BAD

nungswellen mis, die zusammengesetzt werden «ollen, indem sie die steuerbaren Gleichrichter bei verschiedenen Phasenwinkeln der Quellenspannungen zünden.

Bei Frequenzwandlern dieser Art treten Fehler beim Zünden und Kommutieren auf, wie noch erläutert v/ird.

Wenn ein anderer mit dem Verbraucher verbundener Gleichrichter leitend ist, ist die dem ersten Gleichrichter des Paares zugeführte Spannung die GeneratorIeitungsspannung des leitenden Gleichrichters. V/enn die verkettete Spannung einen steuerbaren Gleichrichter in Durchlaßrichtung vorspannt und eine Modulierschaltung dem Gleichrichter Strom über den Steueranschluß zuführt, läßt der steuerbare Gleichrichter ein Ausgangsstromsegment durch. Das Auftreten eines Zündimpulses, wenn der steuerbare Gleichrichter in Sperrrichtung vorgespannt ist, hat zwei Nachteile. Erstens wird der Reststrom des Gleichrichters beträchtlich erhöht und erwärmt den steuerbaren Gleichrichter. Zweitens kann es sein, daß ein Impulstransformator, wie er häufig zur Übertragung von Impulsen zum steuerbaren Gleichrichter verwendet wird, nicht vollständig ummagnetisiert ist, wenn der richtige Zündzeitpunkt kommt, so daß dem steuerbaren Gleichrichter kein ausreichender Zündimpuls zugeführt v/erden kann.

Bei jeder Einrichtung zur Versorgung eines.Verbrauchers mit elektrischer Energie ist es wichtig, den Betrag der dem Verbraucher zugeführten Leistung zu überwachen. Im Falle eii.e-^? Kurzschlusses des Stromversorgungsgerätes durch den Verbraucher steigt der Ausgangsstrom des Stromversorgungsgerätes so stark an, daß die Nennleistung des Gerätes überschritte*. wird und das Gerät ausfällt. Ferner müssen Energieversorgungseinrichtungen gegen innere Fehler geschützt v/erden, die dazu führen können, daß der innere Strom einer Einrichtung einen zulässigen Wert überschreitet. Wenn mehrere steuerbare Gleichrichter die ötromzweige für den Ausgrngsstrom einer

009814/0867

BAD ORIGINAL

_ 3 —

Einrichtung speisen, kornmutiert der Strom der steuerbaren Gleichrichter, wenn sich die Spannung an jedem Gleichrichter ändert. Deshalb wird der Stromfluß durch jeden steuerbaren Gleichrichter periodisch unterbrochen und erneut ausgelöst, so daß die Modulierschaltungen den Betrag der von jedem steuerbaren Gleichrichter gelieferten Leistung steuern können. Hs kann jedoch ein Fehler beim Umschalten des Stromes von einem ersten steuerbaren Gleichrichter auf einen zweiten auftreten, wenn der zweite gezündet wird. Dabei fließt ein starker Kreisstrom.durch die steuerbaren Gleichrichter, anstatt durch den Verbraucher zu fließen. Wenn dieser Kommutierungsfehler auftritt, kann er dazu führen, daß zahlreiche Bauelemente von dem starken Strom zerstört werden. Da der Strom nicht durch den verbraucher fließt, kann er nicht von Schaltungen festgestellt werden, die den Verbraucherstrom steuern.

Bei Frequonzwandlern dieser nrt wird das Zünden der steuerbaren Gleichrichter von Modulatoren programmiert. Alle diese Modulatoren zünden einen zugeordneten steuerbaren Gleichrichter, immer wenn eine Bezugsspannung den nodulator in Durchlaßrichtung vorspannt. Wenn ein frequenzwandler oder irgendeine vorrichtung dieser Art zur Lieferung von Leistung mit Hilfe von steuerbaren Gleichrichtern·die gelieferte Leistung kurzzeitig stark erhöhen soll, hat der Wandler bzw. die vorrichtung das Bestreben, alle steuerbaren Gleichrichter gleichzeitig zu zünden, was zur ü'olge hat, daß der V/andler bzw. die vorrichtung ausfällt. Beispielsweise ist die Ausgangsleistung des ii'requenzwandlers beim .Einschalten oder nach Beseitigung eines Kurzschlusses verhältnismäßig niedrig. Die Vorspannung an den Modulatoren hat das Bestreben, alle steuerbaren Gleichrichter gleichzeitig zu zünden, um die Ausgangsleistung auf ihren Wert im stationären Zustand zu bringen, iiormale iiorrekturmaßnahmen, wie zum Beispiel eine Rückführung, sind unwirksam, da die Einrichtung nur eine geringe oder keine Ausgangsspannunr hat, die zu deren Betrieb aber erforderlich ist. demzufolge kann ein Kommutierungafehler auftreten. '

0098U/0867

In einigen Anwendungsfällen eines Ji'requenzwandlers der oben beschriebenen Art, vergrößert eine bei verschiedenen Verbrauchern verwendete Filteröchaltung die Wahrscheinlichkeit eines Kommutierungsfehlers. Beispielsweise enthält jede Ausgangsphase eines Zweiweg-Frequenzwandlers zwei Gruppen aus zwei Gleichrichtern für jede Eingangsphase. Wenn eine Gruppe steuerbarer Gleichrichter von der verketteten spannung in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, fließt Strom durch einen ersten steuerbaren Gleichrichter, durch den verbraucher und dann durch einen zweiten steuerbaren Gleichrichter. Wenn die verkettete öpainung ihre Polarität umkehrt, kann durch die zweite Gruppe steuerbarer Gleichrichter und in entgegengesetzter Richtung durch den Verbraucher Strom fließen. Die Verwendung zweiter Gleichrichter auf einer Seite des Verbrauchers, die mit jeder Eingangsphase entgegengesetzt gepolt verbunden sind, ergibt einen Zweig, durch den Kreiastrom fließen kann, ohne durch den Verbraucher zu fließen. Wenn dieser Kreisstrom groß genug ist, kann er das Sperren der steuerbaren Gleichrichter verhindern. Dies bewirkt einen Kommutierungsfehler der steuerbaren Gleichrichter. Die Schwierigkeit vergrößert sich noch, wenn das zusammen mit dem Frequenzwandler verwendete Filter mehrere induktive .bauelemente enthält. Die Wahrscheinlichkeit eines Kommutierungsfehlers ist am Ende einer Halbwelle einer Ausgangsstromschwingung, wenn die steuerbaren Gleichrichter gerade ihren Leitfähigkeitszustand ändern, am größten- Da der Strom durch die steuerbaren Gleichrichter, den Verbraucher und das Filter in diesem Augenblick abnimmt, induziert dieser Strom eine Spannung in den Filterinduktivitäten, die bestrebt ist, den Stromfluß aufrecht zu erhalten. Die Induktivitäten sind also bestrebt, den Kreisstrom in einem Augenblick zu vergrößern, wenn ein kleinerer Kreisstrom für das richtige Betriebsverhalt'en der Schaltung gewünscht wird. Bei einigen bekannten Schaltungen wird der Kreisstrom dadurch begrenzt, daß die Gleichrichter auf beiden Seiten des Verbrauchers in operrrichtung vorger.pp.nnt werden. Diese Vorspannung in Sperrichtung hat jedoch einen Sprung im Spannungsverlauf der Ausgangsspannungsweilen zur Folge, der die Wellenform proportio-' ' 0Q98U/Q867

_BAD

hai zur Vorspannung in Sperrichtung verzerrt'. Wenn die Vorspannung groß sein muß, um Kommutierungs.fehler zu verhindern, ist es schwierig, eine glatte Ausgangs Spannungswelle zu erzielen.

Der erfindungsgemäße Frequenzwandler enthält daher eine vor-'..bestimmte Anzahl von Frequenzwandlervorrichtungen, die eine vorbestimmte Anzahl von Ausgangsphasen aus einer vorgewählten Anzahl von Ausgangsspannungen einer Stromquelle bilden. Auf den Ausgangsstrom der Stromquelle ansprechende ochaltungen - regeln die Ausgängsspannung der Frequenzwandlervorrichtungen in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Änderung des Ausgangsstroms der Stromquelle und verringern kurzzeitig diese Ausgangsspannung bei einer übermäßigen Änderung des Ausgangsstroms der Stromquelle. Die vorbestimmte Anzahl von Moduliervorrichtungen mischt die Ausgangsspannung der Stromquelle mit der Sollwertspannung einer Sollwertspannungsquelle, um das Zünden der vorgewählten Anzahl erster und zweiter steuerbarer Gleichrichter zu programmieren. Ferner sind Vorrichtungen vorgesehen, die den Betriebsstrom von Teilen der Moduliervorrichtung unterbrechen, wenn zugehörige steuerbare Gleichrichter in Sperrichtung vorgespannt sind. Die Sollwertspannungsquelle enthält wiederum Vorrichtungen, die die Sollwertspannung nach einer Unterbrechung des Ausgangsstroms der Stromquelle schrittweise auf ihren Wert im stationären Zustand erhöhen. Eine vorbestimmte Anzahl von Verknüpfungsvorrichtungen verknüpfen die Ausgangsgrößen der steuerbaren Gleichrichter in jeder Wandlervorrichtung, um die gewünschte Anzahl von Ausgangsphasen zu erzeugen. Wenn der Verbraucherstrom nicht nur in einer Richtung durch den Verbraucher fließt und die Verknüpfungsvorrichtung mehrere Induktivitäten enthalt, sind Vorrichtungen vorgesehen, die Induktivitätenpaare miteinander verbinden, um den Einfluß in den Induktivitäten induzierter .. Spannungen auf den Strom, der durch die ersten und zweiten steuerbaren Gleichrichter zirkuliert, ohne durch den Verbrau-. . eher zu fließen, zu neutralisieren.

0098U/0867 .

.Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Frequenzwandlers ,

Figur 2 ist ein Spannungκdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Teils eines erfindungsgemäßen Frequenzwandler s,

Figur 3 is-t ein schematisches Schaltbild eines Teils eines erfindungsgemäßen Frequenzwandlers,

Figur 4 ist ein schematisches Schaltbild von Strombegrenzungs- und Sollwertoszillatorschaltungen, die in einem Frequenzwandler verwendet werden,

Figur 5 zeigt eine Abwandlung der in Figur 4 gezeigten Strombegrenzungsschaltung,

Figur 6 zeigt eine in einem Frequenzwandler verwendete Filterschaltung und

Figur 7 ist ein Spannungsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Figur 6 gezeigten Filterschaltung.

In Figur 1 ist im einzelnen ein symmetrischer Mehrphasengenerator 4 als Stromquelle gezeigt, deren Ausgänge mit el, e2 und e3 bezeichnet sind. Wenn es sich um einen Generator mit Schleifringläufer handelt, kann er über eine Welle 6 angetrieben werden. Die Frequenz der Ausgangsspannung ändert sich dann in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle 6, so daß ein mit der Welle 6 verbundener Hauptmotor mit veränderbarer Drehzahl an den Ausgangsleitungen 1, 2 und 3 des Generators Ausgangsspannungen mit veränderbarer Frequenz erzeugt. Eine Feldwicklung 8 des Generators 4 wird von einem Erreger 10 gespeist, bei dem es sich um einen ruhenden Erreger handeln kann. An den Ausgangsleitungen 1, 2 und 3 wird eine Spannung abgegriffen und zum Erreger 10 zurückgeführt, der einen Spannungsregler für die Ausgangsspannung des Generators 4 enthält-

Durch Kombination eines Frequenzwandlers und eines Modulators. kann für jede gewünschte Anzahl von Ausgangsphasen eine Aus-

0098U/0887-

■gangs spannun^swelle erzeugt werden. Mit Hilfe von Frequenzwandlern dieser Art ist es möglich, mehrere verschiedene Hehrphasensysteme aus irgendeinem symmetrischen Mehrphasen-"system zu erzeugen. So können beispielsweise sechsphasige Stromquellen in dreiphasige und dreiphasige in einphasige umgewandelt werden.

der bevorzugten Ausführung der Erfindung werden drei in der Phase um gleiche Winkel verschobene Ausgangsspannungen, z.B. die Phasen A, B und G, aus einer dreiphasigen Stromquelle, dem dreiphasigen Generator 4, erzeugt. Modulatoren 12, und 16-programmieren jeweils die Ausgänge der Frequenzwandlervorrichtungen 18, 20 und 22, um jeweils Ausgangsspannungswellen für die Ausgangsphasen A, B und C zusammenzusetzen. Die Modulatoren 12, 1.4 und 16 sind zwischen die Aus gangs leitungen 1, 2 und 3 und ihre jeweiligen Wandler geschaltet. Eine Stromversorgungs- und .Austastschaltung 24 speist die Modulatoren über die Leitungen 26, 28 und 30. Die Stromversorgungsund Austastschaltung 24 enthält ferner Vorrichtungen, die den Speisestrom irgendeines Teils eines Modulators sperren, wenn ein von diesem gesteuertes dtromtor von einer verketteten bpannung des Generators 4 in Sperrichtung vorgespannt wird.

.elin Sollwert-Oszillator und Phasenteiler 32 liefert eine .iollwertspannung für die gewünschte Frequenz und Kurvenform einer ausgangsseitigen Phasenspannung. Über Leitungen 34, 36 und 38 wird einem ^pannunn^regler im tiollwert-Oszillator 32 eine Spannung zugeführt, um die Größe der erzeugten üollwertspannunf_;en zu regeln. Da sich die Größe der Frequenzv/andlerausgangsspannung in Abhängigkeit von der Größe der Sollwertspannung ändert, wird auch die /jusgangsspannung geiegelt.iJine Strombegrenzungsschaltung 40 iaf mit einer Meßvorrichtung 41 versehen, die den durch die Leitungen 1, 2 und 3 fließenden Strom mißt. Die Schaltung regelt die Ausgangsspannungen der Wandler 18, 20 und 22 in Abhängigkeit vom Strom, der durch die Leitungen 1 bis 3 fließt. Die ötrombegrenzungsschaltung 40 ist mit den Spnnungsregl'erschaltungen im bollwert-Oszilla-

0098U/0867

tor 32 verbunden. Die Schaltung 40 sorgt dafür, daß anstelle der Spannung der ötrom geregelt, wird, wenn dierjer einen bulässigen Grenzwert überschreitet. Die Strombegrenzungsschaltung kann sowohl die Ausgangsspannung der Wandlerschaltungen bei einem plötzlichen Anstieg des btroms vom Generator kurzzeitig verringern als auch die Ausgangsspannurig. der Wandler 18, 20 und 22 trotz Änderungen dieses Stroms auf einen konstanten Wert regeln.

Im Spannungsregler für den Sollwert-Oszillator 32 wird die normalerweise konstante Sollwert-üpannung von einer linear ansteigenden Spannung ersetzt, wenn die Ausgangsspannung des Frequenzwandlersystems aus irgendeinem Grunde unterbrochen ist. Dadurch können die Modulatoren 12, 14 und 16 die Ausgangsspannung des Frequenzwandlersystems trotz irgendwelcher beim Einschalten hervorgerufener Spannungssprünge in normaler Weise programmieren.

Die Spannungen vom Sollwert-Oszillator 32 werden den Modulatoren 12, 14, und 16 jeweils über Leitungen 42, 44 und 46 augeführt. In den Modulatoren wird die Sollwertspannungswelle mit dem negativen Kosinus der verketteten Spannung an einzelnen Stromtoren in den Wandler 16, 20 und 22 gemischt. Jeder Modulator enthält Moduliervorrichtungen für jedes Stromtor in seinem zugehörigen Wandler. Wenn der Betrag der Spannung vom Sollwert-Oszillator an einer Moduliervorrichtung größer als der Kosinus der verketteten Spannung an einem zügehörigen stromtor ist, bewirkt die üollwertspannung, daß die Moduliervorrichtung dem Stromtor einen Ztindstromimpuls zuführt.

Jeder Wandler enthält im wesentlichen mehrere erste und zweite btromtore, z.B. steuerbare Gleichrichter, wie sie im Wandler 18 gezeigt sind. Die Anode jedes ersten steuerbaren Gleichrichters ist jeweils mit einer Ausgangsleitung des Generators 4 verbunden, um Ausgangsstrom zu liefern, wenn diese Leitung positive Polarität hat· Diese steuerbaren irleichrichter seien als positive Gleichrichtergruppe bezeichnet. Die steuerbaren Gleichrichter selbet sind mit A1P, A2P, A3P,

0098U/0867

usw. entsprechend einem Uode bezeichnet, der* angibt, wie jeder steuerbare Gleichrichter im Frequenzwandlersystem geschaltet ist. Der erste Buchstabe (A, B, C) bezeichnet die Ausgangsphase, in der der betreffende steuerbare Gleichrichter" liegt, die Zahl (1, 2, 3) bezeichnet die Leitung, mit der seine Anode verbunden ist und das "P" weist darauf hin, daß -der Gleichrichter zu einer positiven Gleichrichtergruppe gehört. Wie am Beispiel des Wandlers 18 für die Phase A der Ausgangsspannung des FrequenzwandJLersystems gezeigt ist, ist der mit A1P bezeichnete Gleichrichter der Gleichrichter in der Phase A, dessen Anode mit der Ausgangsleitung des Generators 4- im positiven Gleichrichtersatz verbunden ist.

i>ie Kathode aller zweiten steuerbaren Gleichrichter ist jeweils mit einer Ausgangsleitung des Generators verbunden, so daß diese Gleichrichter Ausgangsstrom führen, wenn die Spannung an dieser Leitung negative Polarität hat. Diese steuerbaren Gleichrichter seien als negative Gleichrichtergruppe bezeichnet. Diese Gleichrichter sind entsprechend dem oben angegebenen Code mit Α1ΪΤ, A2N, A3H, B1N usw. bezeichnet, nur daß die Zahl in der Mitte (1, 2, 3) die Leitung bezeichnet, an die die Kathode eines steuerbaren Gleichrichters angeschlossen ist, und das "N" angibt, daß dieser steuerbare Gleichrichter zur negativen Gleiohrichtergruppe gehört.

Verbraucher- und Filtervorrichtungen 56 sind an Leitungen angeschlossen, die von der Ausgangsphase A, B und C kommen. Für einige Verbraucherarten, z.B. für Elektromotoren, brauchen keine Filtervorrichtungen vorgesehen zu sein. Bei vielen Verbraucherarten sind jedoch Filtervorrichtungen wünschenswert. Magnetisch gekoppelte Drosselspulen, haben sich insofern als vorteilhaft erwiesen, als sie häufig entstehende Kommutierungsprobleme verringern.

Figur 3 dient einer etwas ausführlicheren Erläuterung der, Wirkungsweise eines i'eils des in Figur 1 gezeigten Fre<|uenzwandlersystems. Im wesentlichen zeigt Figur 3 einen Teil der ..-Stromversorgungs- und Abtastschaltung 24- und den Teil dee

0098U/0867

Modulators' 12, die die Zündimpulse für den steuerbaren Gleichrichter A1P im Wandler 18 liefern. Um Signale, die ein Maß für die Spannung an den verschiedenen steuerbaren Gleichrichtern in den Wandlern 18, 20 und 22 sind, den Schaltungen in der Stromversorgungs- und Austastschaltung 24 und in den Modulatoren 12^N, 14- und 16 zuzuführen, sind Schaltungsbauelemente vorgesehen. So ist ein Transformator 58, der mit Primärwicklungen 60 versehen ist, an die Ausgangsleitungen 1, 2 und 3 des Generators 4 angeschlossen. Sekundärwicklungen 62 des Transformators liegen in der Stromversorgungs- und Austastschaltung 24 und eine Gruppe von Sekundärwicklungen 64· des Transformators sind den Modulatoren 12, 14 und 16 zugeordnet·. Die einzelnen Wicklungen der Sekundärwicklungen sind parallel zu derjenigen Primärwicklung gezeichnet, mit der sie magnetisch gekoppelt sind. Die einzelnen Sekundärwicklungen des Transformators sind mit 1P, 2P usw. bezeichnet. Diese Bezeichnung weist auf den betreffenden steuerbaren Gleichrichter in jeder Ausgangsphase hin, der von Signalen dieser Spule gesteuert wird. So wird beispielsweise in der Wicklung 1P der Sekundärwicklungen 62 eine Spannung induziert, die in Phase mit der Spannung an derjenigen Primärwicklung ist, die zwischen die Ausgangsleitungen 1 und 3 geschaltet ist. Diese Wicklung 1P ist in die Stromversorgungs- und Austastschaltung für den steuerbaren Gleichrichter A1P im·Wandler 18 geschaltet. Die mit 1P bezeichnete Wicklung der Sekundärwicklungen 64 hat eine Spannung, die sich aus einer Kombination der Spannungen an den Primärwicklungen ergibt, die zwischen den Leitungen 1 und 2 und den Leitungen 2 und 3 liegen. Diese Wicklung ist in die Modulatorschaltung für den steuerbaren Gleichrichter A1P im Wandler 18 geschaltet.

Die Moduliervorrichtungen im Modulator 12 enthalten ein Siliziumstromtor 66, das zwischen Masse und.einer Steuerwicklung 68 eines Impulstransformators 70 liegt. Der Impulstransformator 70 ist ferner mit einer Vormagnetisierungswicklung

0098U/0B67

-72 und einer Zündwicklung 74 versehen. Das Stromtor 66 hat einen Kathodenanschluß 65, einen Anodenanschluß 67 und einen Steueranschluß 69. Die Steuerwicklung 68 ist über einen -Widerstand 76 mit einem Teil der Stromversorgungs- und Austas-tschaltung 24- verbunden. Die Modulierschaltung für den steuerbaren Gleichrichter A1P enthält ferner eine Schaltung, die mit dem Steueranschluß 69 des Stromtors 66 verbunden ist, uiQ das Zünden dieses Stromtores 66 zu programmieren. Eine Spannung, die gleich dem negativen Kosinus der verketteten Spannung am steuerbaren Gleichrichter A1P ist, wird von der Wicklung 1P der Sekundärwicklungen 64 erzeugt. Über einen Widerstand 78, einen Kondensator 80 und einen Widerstand 82 wird diese negative Kosinus-Spannung dem Steueranschluß 69 des Stromtors 66 zugeführt. Ein Anschluß 84 leitet die Spannung von der Verbindung zwischen Widerstand 78 und Kondensator 80 zu den B1P- und den 01P-Modulierschaltungen in den Modulatoren 14 und 16. ,

I ·

Die Vormagnetisierungswicklung 72 des Impulstransformators wird über einen Widerstand 71 mit einer negativen Spannung gespeist, um den Impulstransformator 70 zurückzumagnetisieren. Eine Diode 73 .liegt an der Zündwicklung 74, um den pn-übergang zwischen Steuerelektrode und Kathode des steuerbaren Gleichrichters A1P davor zu schützen, von einer Vorspannung mit umgekehrter Polarität zerstört zu werden. -

Eine vom Sollwert-Oszillator 82 (Figur 1) gelieferte Sollwertspannung wird über einen Anschluß 86 und einen Widerstand 88 dem Steueransch,luß 69 des Stromtors 66 zugeführt. Der Steueranschluß 69 wird über einen Teil eines Potentiometers 90, einen Abgriff 92 und einen Widerstand 94 negativ vorgespannt. Über einen Anschluß 95 wird diese negative Vorspannung allen Modulierschaltungen zugeführt. Auch hier schützt eine Diode 96 den pn-übergang zwischen Steuerelektrode und Kathode des Stromtores vor einer Vorspannung mit umgekehrter Polarität. .

009814/0867

. Bei dem in Figur 3 gezeigten Teil der Stromversörgungs- und Austastschaltung 24 liegt ein·Leistungstransistor 98 zwischen* dem positiven Pol einer' Stromquelle und der Modulierschaltung für den steuerbaren Gleichrichter A1P. Ein Widerstand 100 ist zwischen den Emitter des Transistors 98 und Masse geschaltet« Eine mit der verketteten Spannung am steuerbaren Gleichrich-. ter A1P in Phase liegende Spannung wird an der Wioklung 1P der Sekundärwicklungen 62 erzeugt, tyiese Spannung wird ttber einen Widerstand 102 dem Basisemitterübergang des Transistors 98 zugeführt. Eine Diode 104 schließt die Basisemitteratrecke des Transistors *98 kurz, wenn sie mit umgekehrter Polarität vorgespannt wird. Die spannung an der Wioklung 1P der Sekundärwicklungen 62 wird über einen Anschluß 106 dem Inittdr eines'ähnlichen Leistungstransistors in den'Schaltungen £1?

■ \ind G1P in der Stromversorgungs- und Austaabaohaltung 24 fcugeführt.

Figur 2 dient einer etwas ausführlicheren Erläuterung der - . Wirkungsweise des Teils des Frequenzwandlersystems, das in Figur 3 gezeigt ist. Figur 2a zeigt ein Spannungsdiagramm ·· der verketteten Spannung am steuerbaren Gleichrichte* A1P · ! während des Betriebs des Frequenzwandlersystems« jDifβ let * die in der Wicklung 1P der Sekundärwicklungen 62 spannung. Bei jedem steuerbaren Gleichrichter, ist <Uftfl t Spannung zwischen der Leitung, mit der er direkt vefimni ist, und der Leitung, mit der der zuletzt gezündetj bare Gleichrichter verbunden let· Beim steuerbaren riohter A1P ist dies die Spannung zwischen den LeIi und 3· Beginnend bei dem mit 0° bezeichneten Punii^fl|§Bj)iagramme erkennt man, daß die verkettete Spannut baren Gleichrichter A1P während einer bis zu einem mit 180° bezeichneten Punkt in tung vorspannt.' Während der nächsten Halbwelle d* bis zu einem mit 360° bezeichneten Punkt, ist dei Gleichrichter A1P in Sperr:

vorgespannt,

0098U/0867

ORIGINAL INSPECTED

-■13-

Figur.2(b) zeigt ein-Spannimgsdiagramm dreier Spannungsvollen, die am Steueranschluß 69 in der dem steuerbaren Gleichrichter> A1P zugeordneten Modulierschaltung. gemischt werden. Zur Erläuterung ist jedoch au oh der Spannungsverlauf 501 der bpannung '· 'an der Wicklung 1P der οekundärwicklungen 64 in gestrichelter Form als positiver Kosinus der verketteten opannung dargestellt . Die in Wirklichkeit nach.einer negativen Kosinusfunktion verlaufende spannung an der Wicklung 1P ist als durchgehende Linie 302. dargestellt. Me durchgehende Linie 303 ist der Spannungsverlauf der Sollwertspannung. Diese Sollwertspannung ist gleich der Größe der strichpunktiert gezeichneten Kosinus-Spannungswelle bei dem Zündwinkel X zwischen 0° und 180° des Verlaufs der verketteten Spannung.

Die Wirkungsweise der in Figur 3 gezeigten Schaltung sei anhand einer Periode der verketteten Spannung am steuerbaren Gleichrichter A1P erläutert. Der steuerbare Gleichrichter A3P hat den Verbraucherstrom vor dem Zündzeitpunkt von A1P geführt. A1P führt den Verbraucherstrom, nachdem er gezündet ist, bis. der steuerbare Gleichrichter A2P gezündet wird;

Der Generator 4 erzeugt eine dreiphasige Ausgangsspannung zwischen den Ausgangsleitungen 1,2 und 3. Ein Teil jeder Periode der Ausgangsspannung aller drei Ausgänge el, e2 und e3 wird der verbraucher- und Filtervorrichtung 56 von jedem steuerbaren Gleichrichter im Wandler für jede Ausgangsphase A, B und C zugeführt. Jeder steuerbare Gleichrichter im Wandler 18 (Figur 3) kann gezündet werden, wenn die verkettete Bpannung am betreffenden Gleichrichter diesen in Durchlaßrichtung vorspannt.

Um dem steuerbaren Gleichrichter A1P einen Zündimpuls über den Transformator 70 zuführen zu können, muß-sowohl der Transistor 98 als auch das Stromtor 66 leitend sein. Was den Transistor 98 betrifft, so wird, wenn die Spannung an der.

OQ98H/O$0f

T563193

Ausgangsleitung 1 positiv gegenüber der an der Ausgangsleitung 2 ist, diese Spannungspolarität von der Primärwicklung (60) zwischen den Leitungen 1 und 3 in die üekundärwicklung 1P der Sekundärwicklungen 62 induziert. An den Punkten neben diesen Vficklungen ist zu erkennen, daß die in der Wicklung 1P der Sekundärwicklungen 62 induzierte Spannung den Transistor 98 sb lange in Durchlaßrichtung vorspannt, wie das Potential der leitung 1 gegenüber dem der Leitung 3 positiv bleibt. W,ährend dieser Zeit ist der Transistor 98 leitend und führt der Steuerwicklung 68 des ImpuTstransfonnators 70 und dem Anodenanschluß 67 des Stromtores 66 das positive Potential seines Kollektors zu. Gleichzeitig wird die nach einer negativen Kosinusfunktion 302 verlaufende verkettete Spannung zwischen den Leitungen 1; und 3 von der Wicklung 1P der Sekundärwicklungen 64 über die Widerstände 78 und 82 dem Steueranachluß 69/ zugeführt. Die Sollwertspannung 303 für den Wandler 18 der Phase Λ wird vom . Sollwert-Oszillator und Phasenteiler 32 über die Leitung 42, siehe Figur 1, den Anschluß 86 und den Widerstand 88 dem Steueranschluß 69 zugeführt. Eine Vorspannung 95 wird vom Abgriff 92 über den Widerstand 94 dem bteueranschluß 69 zugeführt.

Die negative Vorspannung 95, die über den Abgriff 92 des Potentiometers 90 geleitet wird, verschiebt praktisch die negative Kosinusspannung 302 in Figur 2(b) proportional zur Größe der Vorspannung nach unten. Die Sollwertspannung 303 muß größer sein, um die negative Kosinusspannung 302 und die negative vorspannung zu verschieben, wenn die Vorspannung negativer wird. Dies erfolgt später in jeder Periode, wenn die Vorspannung 95 negativer wird. Deshalb wird der Zündwinkel X des Stromtores 66 größer. Durch Verringern der Vorspannung 95 kann die Sollwertspannung 303 die negative Kosinusspannung 302 und die Vorspannung früher in einer P-eriode überschreiten, so daß dadurch der Zündwinkel X verringert wird. Durch Verändern der Vorspannung ist es möglich, den Zündwinkel und mithin den Stromflußwinkel, während dem ein steuerbarer Gleichrichter in jeder Spannungswelle leitend ist, zu verändern. . ,

Q098U/0867

Bie Vorspannung 95 wird mit der Sollwertspannung 303 und der negativen Kosinusspannung 302 am Steueranschluß 69 gemischt, .. wie dies in Figur 2(b) gezeigt ist. Wenn die Summe der Augen« ■ blickswerte dieser drei Spannungen negativ ist, wird die Diode 96 leitend und legt den Steueranschluß 69 an Kasse, so daß das Stromtor 66 nicht gezündet werden kann. Es fließt also auch kein Zündstrom im Steuerkreis des steuerbaren GIeich- * richters AtP, obwohl dem Stromtor 66 über dem Transistor 98 eine positive Anodenspannung zugeführt wird· Wenn jedoch die Summe der Augenblickswerte der negativen Kosinusspannung 302, der Sollwertspannung 303 und der Vorspannung 95 positiv wird, wird dite Diode 96 gesperrt und das Stromtor 66 gezündet. Dann fließt .ein Strom vom positiven Pol (+) der nicht gezeigten Gleichstromquelle über den Transistor 98., den Widerstand 76 und die Steuerwicklung 68, der ein positives Potential am punktierten Ende der Steuerwicklung 68 hervorruft. Desgleichen induziert der Strom am punktierten Ende der Zündwicklung 74 ein positives Potential, das die Diode 73 sperrt. Somit fließt ein Strom in den Steueranschluß des steuerbaren Gleichrichters A1P und zündet diesen Gleichrichter. Jetzt führt der steuerbare Gleichrichter A1P den Verbraucherstrom für den Wandler* 18, bis der steuerbare Gleichrichte? A2P von seiner Modulierschaltung in gleicher Weis® gesundet wird, wenn ihn die Spannung zwischen den Ausgangsleitungen 1 und 2 in Durchlaßrichtung vor spannt-

Wenn die Spannung zwischen den Leitungen 1 und 3 den steuerbaren Gleichrichter AIP im mit 180° bezeichneten Punkt (Figur

. 2a) umgekehrt vorspannt, wird das Potential am punktierten Ende der Wicklung 1P in den Sekundärwicklungen, 62 negativ. Damit ist die Diode 104 in Durchlaßrichtung gepolt und schließt die Basisemitterstrecke des Transistors 98 kurz. Der

.- Transistor 98 ist damit gesperrt« so daß die Anodenspannung des Stromtores 66 Null ist. Deshalb kann das Stromtor 66 nicht leitend werden, um einen Zündimpuls für den steuerbaren Gleichrichter A1P im Impulstransformator 70 zu erzeugen, selbst wenn eine positive Spannung am Steuerenschluß 69 erscheint. Während ^vder in Figur 2(a) gezeigten Zeitspanne zwischen 180° und 360°

OQ98U/0867

sind Basis und Emitter des Transistors 98 von der Spannung "/"· an der Wicklung 1P in Sperriehtung vorgespannt, so daß in L dieser Zeitspanne kein ZÜndimpuls erzeugt Werden kann. , *

Wenn das Stromtor 66.gesperrt ist, wird von der negativen Spannung am einen Ende des Widerstandes 71 ein Strom durch die Vormagnetisierungswicklung 72 getrieben, um den Itapulstransformator 70 zurückzumagnetisieren'.

Figur 4 ist ein sohematischee Schaltbild von Tillen die Sollwert-Oszillators und PHasenteilers 32 und der Strombegren- '·'·,' zungssohaltung 40, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind. Die Wirkungsweise dieser Teile wird mit besonderer Bitonung der Schaltungsbauelemente, die Kommutierungsfehler virhindern, beschrieben. Die Strombegrenzungsschftltung 40 rigelt selbst die Ausgangsgröße des Frequenzwandlirs nach eint» ungewöhnlichen Anstieg des Strome vom Generator 4· Die Bohal-, tung 40 verringert außerdem auch.,kurzzeitig die Ausgangsgröße des Frequenzwandler8 um einen erheblichen Betrag, wenn Äfcr J ' Ausgangsstrom des Generators 4 einen vorbestimmten <jren«w*rt überschreitet.

Bei der Strora-Meßvorrichtung 41 kann es sich um Traneformatoren handeln, die eine Spannung von den Generatorausgangsleitungen 1, 2 und 3 zu einem Brückengleichrichter 108 in der Strombegrenzungsschaltung 40 übertragen. Der BrÜokengliich- ,^ richter 108 wandelt die Wechselspannung an den TranefoiWtoren in eine proportionale Gleichspannung um. Die Polarität der Ausgangsspannung an den Anschlüssen des BrÜokengleiöhrichters 108 ist im Schaltbild angegeben. Der positive Pol des Brückengleichrichters 108 ist über einen Teil eines Potentiometers 110 und seinen Abgriff 112 mit dem Kathodensteu- ~ eransohluß 114 eines Stromtores 116 verbunden* Dae Stajpmtor _Λ 116 hat einen KathodenanschIuO 118, einen Anodenanaohluö 120 ' und einen Anodensteueraneohluß 122. Ein Kondensator 124 integriert den Spannungsabfall zwischen dem Abgriff 112 und dem r ^: negativen Pol des Brücitengleichrichters 108. Der Kathodenan- ·^: ·,· schlifß Ί18 ist über einen Widerstand 126 mit Masse verbunden*

0098U/0867 , '

Eine Zener-Diode 128- liegt zwischen dem negativen Pol dee Brückengleichrichters 108 und dem Kathodenanachluß 118, um ein Bezugsspannungspotential zum Zünden deä Stromtores 116 zu erhalten»

Ein Parallel-Rö-Kreis, bestehend aus einem Widerstand 130 "..und einem Kondensator 132, verbindet den Anodenansohluß 120 mit einer Ausgangsleitung 133 eines Oszillators 134, der als Teil des äollwer.t-Oszillators und Phasenteilers 32 dargestellt ist. Der Oszillator 134 kann ein Hechteokgenerator, z,B. eine freischwingende bistabile Kippschaltung, enthalten. Die übrigen Teile des Sollwert-Oszillators und Phasenteilers 32 enthalten einen digitalen Phasenteiler 136, eine Begrenzerschaltung 138, eine Spannungsregelsehaltung 140 und eine ü'ilt er schaltung 142. Vom Ausgang der Wandler 18, 20 und 22 wird jeweils eine Spannung über die Rüokführleitungen 34, 36 und 38 zur Spannungsregelschaltung 140 zurückgeführt. Der Ausgang der Schaltung 140 ist über Leitungen 144, 146 und 148 mit der Begrenzerschaltung 138 verbunden. Der Ausgang der J¹U-terschaltung 142 ist über, die Leitungen 42, 44 und 46 mit den Modulatoren für jede der Ausgangsphasen des Prequenzwandlers verbunden.

Die Spannungsregelsehaltung 140 enthält für jede Ausgangsphase des Frequenzwandlers einen eigenen Spannungsregler. Die Ausgänge aller Spannungsregler sind über die Leitungen 144, 146 und 148 mit der Begrenzerschaltung 138 verbunden, um die Größe der Spannung für jede der Sollwertphasen zu regeln, die vom Phasenteiler 136 erzeugt werden. Als Spannungsregler können an sich bekannte Regler verwendet werden, die deshalb hier nicht näher beschrieben werden. ' .

Die Spannungsreglerschaltung 140 enthält außerdem eine Schaltung, die die Spannungsregelsehaltung in eine Stromregelschaltung umwandelt, wenn die strombegrenzungSBchaltung 40 feststellt, daß ein starker Strom duroh die Leitungen 1, 21 und 3 .fließt. Diese Schaltung enthäli; einen Transistor 150, dessen Kollektor über einen Widerstand 152 mit dem positiven VqI

009814/006 7

einer nicht gezeigten Spannungsquelle verbunden ist. Ein ■Widerstand 154 verbindet diesen .positiven Pol außerdem mit einem Anschluß 156 an der Basiselektrode des Translators T50. ' Ein weiterer Widerstand 158 verbindet den Anodensteueranschluß 123 mit dem Anschluß 156. Ein Kondensator 160 liegt . zwischen dem Anschluß 156 und Masse, um eine Vorspannung zwischen Basis und Emitter des Transistors 150 zu erhalten. Eine Diode 162 verbindet den Einschluß 156 direkt mit Masfie, wenn das Potential dieses Anschlusses negativ gegenüber Masse ist. Ein Widerstand 164 und einer Zener-Diode 166 liegen zwischen dem Emitter des Transistors 150 und Masse. Wenn der Transistor 150 voll durchgesteuert ist, hält die Zener-Diode eine konstante Sollwertspannung zwischen zwei Anschlüssen 168 und 170 für die drei bpannungsregelschaltungen 17.1 -in der Spannungeregelschaltung 140 aufrecht. Wenn der Transistor 150 nicht voll durchgesteuert ist, fällt am Widerstand 164 eine kleinere Spannung ab, was noch ausführlich erläutert w:J.rd..

Bezüglich der Wirkungsweise der in Pigur 4 gezeigten Schaltung sei daran erinnert, daß die- liröße der Sollwertr-öpannung 303, die mit der negativen Kosinus-Spannung 302 und der negativen Vorspannung 95 in jeder Modulatorschaltung überlagert wird, die Größe des Zündwinkele X für jeden, steuerbaren Gleichrichter bestimmt'. Die in Pigur 4 gezeigte Schaltung bestimmt die Größe der Sollwertspannung·

Der Oszillator 134, der im Blockschaltbild des Sollwert-Oszillators und Phasenteils 32 in Pigur 4 dargestellt ist, erzeugt ein Rechteckausgangssignal, das der Phasenteiler 136 in ein symmetrisches, dreiphasiges Ausgangssignal umwandelt. Dieses Signal wird der Begrenzerschaltung 138 zugeführt, die die Größe aller Phasenspannungen in Abhängigkeit von der Aus·* gangsgröße der Spannungsregelschaltung 14*0 bestimmt. Jeder Spannungsregler 171 in der Spannungsregelschaltung 140 vergleicht ein Rückführ signal, das über eine der "Leitungen 34,: 36 und 38 zugeführt wird, mit der Spannung zwischen den Anschlüssen 168 und 170 als Bnsis für sein Ausgangssignal. Die Ausgangsgröße der Begrenzerschaltung 138 wird einer Filter- '

009814/0387

\ -19

schaltung 14-2 zugeführt, die die S ollwert spannung 505 formt. Die* Ausgangssparaiung der Filterschaltung hat den Verlauf und .die Frequenz der Ausgangsspannung des Frequenzwandleraystem3. Wenn also eine sinusförmige Ausgangsspannung verlangt wird, wandelt die Filterschaltung den rechteckförmigen öpannungsverlauf jeder Phase in einen sinusförmigen Üpannungsverlauf um. Die Ausgangsspannung der Filterspannung 142 wird über die Leitungen 42 j 44 und 46 den Modulatoren 12, 14 und 16 zugeführt.

Die Frequenz des Oszillators 134 kann konstant oder variabel sein, je nachdem, wofür das Frequenzwandlersystem verwendet" wird. Venn der Generator 4 von einem Motor mit veränderbarer DrehEahl an der Welle 6 (Figur 1) angetrieben wird, kann der Frequenzwandler eine Konstantfrtquenzquelle enthalten, indem der Oszillator 134 als Konetantfrequonzoszillator ausgebildet wird* Wenn jedoch "das Frequeniswandlersystem zur Steuerung der Drehzahl eines Wachs® Is tronas® tors verwendet werden soll, kann der Oscillator 134 als Oszillator mit veränderbarer Frequenz ausgebildet seia«

Wie schon gesagt, hat die Str@ials©gs?©säsm.g©s©Mlttffi_ig 40 &&© dopik/ '-% Aufgabe,- die Sparamngsa?sgelscshaltmig 140 ptriseliselh, isi eiiiö Stromregelsehaltung umzuwandeln und die Ausgangsgröße des Oszillators 134 stark su verringern, wenn, der Strom durch die leitungen 1, 2 und 3 übermäßig ansteigt. Die transformatoren 41 übertragen Spannung von den Leitungen 1, 2 und 3 zum Brückengleichrichter 108. Die gleichgerichtete Spannung wird dann über das Potentiometer 110 an den Kathodensteueranschluß 114 und die Anode der Diode 128 gelegt. Wenn ein starker Strom durch die Leitungen 1,2 und 3 fließt, entweder infolge eines Kommutierungsfehlers im Frequenzwandlersystem oder infolge eines Kurzschlusses im Verbraucherkreis des Frequenzwandlersystems, wird die Spannung am Kathodenanschluß 114 größer als die Zener-Spannung der Zener-Diode 128. Diese größere Spannung läßt das Stromtor 116 leitend werden.

009814/0867

Im Zündaugenblick des Stromtores 116 fließt durch den Konden-' sator 132 ein Ausgleichsstrom, so daß der Kondensator 132 praktisch einen Kurzschluß darstellt und den Ausgang 133 des ι Oszillators 134 nahezu auf Massepotential legt. Dadurch wird ^: die Sollwertspannung soweit verringert, daß, wenn ein Kommutierungsfehler in irgendeinem Wandler '18, 20 oder 22 aufgetreten ist, die Modulatoren die darin befindlichen steuerbaren Gleichrichter wegen der niedrigen Sollwertspannung nicht zünden können. Dadurch können die steuerbaren Gleichrichter gesperrt werden, wenn sich die an ihnen anliegende verkettete Spannung umpolt. Der* Kondensator 132 lädt nach einigen Schwingungen der Spannung vom Generator 4 schnell auf, eo daß

der Oszillator. 134 seine normale Ausgangsspannung behalten *l kann.

Wenn das Stromtor 116 gezündet ist, entspricht das Verhalten des Stromtores in Abhängigkeit vom Potential am Kathodenan-. Schluß 118, am Kathodensteueranschluß 114 und am Anodenet eueranschluß 122 dem eines npn-Transistors, um die Span- ■ .· nungsregelschaltung 140 in eine Stromregelschaltung umzuwan- ;; dein. Deshalb entlädt sich das vom Kondensator 160 am An- :^; schluß 15.6 aufrecht erhaltene positive Potential über den Widerstand 158, den Anodenanschluß 152, den Kathodenanschluß 118 und den Widerstand 126, während sich der Oszillator 154 sozusagen wieder erholt und seine normale Ausgangsspannung { liefert. Infolgedessen wird.der Transistor 150 weniger stark leitend, so daß seine Emitterspannung unter die Zenir-Span- ■; nung der Zener-Diode 166 sinkt. Das heißt, die Kollektor-Emitterstrecke des Transistore 150 ist jetzt noohöhmiger» Da J■ die Reihenschaltung aus Wlderst-nd 152, Transistor 150 und Widerstand 164 wie ein Spannungsteiler wirkt, wird der Spannungsabfall am'Widerstand 164 entsprechend kleiner. Mithin er- scheint eine unter der Zener-Spannung der Zener-Diode 166 liegende Spannung zwischen den Anschlüssen 168 und 170. * / '

Die drei Spannungsregler 171 in der Spannunpisregelschaltung 140 vergleichen diese geringere Spannung zwischen den AnschlüBsen 168 und 170 mit der von den Ausgangsphasen A, B

0098U/0867 ,

Ί und C.über die Leitungen 34, 36 und 38 zurückgeführten Spannung. Wenn die drei Spannungsregler 171 .diese geringere Spannung mit den normalen Rückführsignalen vergleichen, ergibt sich ein größeres Fehlersignal als Regelabweichung, als dies unter normalen Umständen der Fall 1st. Deshalb veranlassen *..'* die über die Leitungen 144, 146 und 148 geführten Signale jdeii Begrenzer 138, die Sollwertspannung zu verringern. Infol-

. gedessen>werden die steuerbaren Gleichrichter in einem späteren Zeitpunkt während der Perioden.ihrer verketteten Spannung, gezündet. Mithin wird dem Generator 4 weniger Leistung ent-

- nommen, so daß sich die Wandler 18, 20 und 22 allmählioh von einem Kommutierungsfehler "erholen" können, der den starken Strom durch die Leitungen 1, 2 und 3 fließen läßt.

Mit abnehmendem Strom durch die Leitungen 1, 2 und 3 verliert das Stromtor 116 die Kontrolle über die Leitfähigkeit des Transistors 150. In diesem Zeitpunkt nimmt der Strom . durch die Leitungen 1, 2 und 3 ab,, so daß dem Steueranschluß 114 über den Brückengleichrichter 108 und das Potentiometer 110 eine geringere Spannung zugeführt wird. Dem Anschluß wird vom Stromtor 116 ein geringerer Strom entzogen,- so daß sich der Kondensator 160 auf eine höhere Spannung aufladen kann. Der Transistor 150 wird stärker leitend, was eine höhere Spannung an seinem Emitter zur Folge hat. Wenn der Strom durch die Leitungen 1, 2 und 3 wieder, seinen normalen Wert . annimmt,, kann es sein, daß das Stromtor 116 gesperrt wird und der Transistor 150 wieder leitend wird. Dann erreicht die Spannung an der Zener-Diode 166 wieder die Zener-Spannung. Mithin regeln die drei Spannungsregler· 171 in der Spannungsregelschaltung 140 wieder die spannung und nicht den Strom.

Daraus ist zu ersehen, daß die Strombegrenzungsschältung 40 den Wandlern 18, 20 und 22 ermöglicht, sich von Kommutierungs-.-.· fehlern zu erholen, selbst wenn diese Fehler keine hohen Aüsgangsströme im Verbraucher hervorrufen, die durch Rückführung. über die Leitungen 34, 36 und 38 festgestellt werden können. Der Kondensator hat jedoch noch eine andere Funktion,, gemäß der ein Kommutierungsfehler verhindert wird, wenn das Fre- _t

009814/0861

quenzwandlersystem eingeschaltet wird. Unter normalen Betriebsbedingungen ist die von den Ausgangsphasen Λ, B und U beim Einschalten des !''requenzwariülers zurückgeführte Spannung ivull. Bei normalem Widerstand anstelle des Kondensators 160 vergleichen die Spannungsregler diesen Wert null mit der den Sollwert darstellenden Zener-Spannung zwischen den Anschlüssen 168 und 170 und stellen folglich eine große Regelabweichung fest. Diese Regelabweichung wird dadurch beseitigt, daß die steuerbaren Gleichrichter in den Wandlern 18, 20 und 22 veranlaßt werden, mehr Leistung an den Verbraucher abzugeben. Dazu schicken die Regler Signale durch die Leitungen 144, 146 und 148, um die Sollwertspannung, die von der Begrenzerschaltung 138 geliefert wird, zu erhöhen, wodurch erreicht wird, daß die steuerbaren Gleichrichter in der Periode der verketteten Spannung früher zünden. Diese hohe Sollwertspannung beim Einschalten der Frequenzwandlerschaltung läßt die Gleichrichter nicht in ihrer normalen Reihenfolge zünden, so daß ein Kommutierungsfehler entsteht.

Das Einfügen des Kondensators 160 in die Spannungsregelschaltung 140 bewirkt ein allmähliches Ansteigen der Sοllwertspannung, so daß die steuerbaren Gleichrichter in den Wandlern 18, 20 und 22 in der richtigen Reihenfolge gezündet werden. Wenn die Frequenzwandlerschaltung entweder bei Betriebsbeginn oder nach einem kurzzeitigen Ausschalten eingeschaltet wird, ist die Spannung am Kondensator 160 Null. Mithin ist auch die Spannung an der .basisemitterstrecke des Transistors 150 Null. Der Widerstand zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 150 ist hoch, so daß die Spannung am Emitter nahezu itull ist. Der Kondensator 160 wird vom positiven Speisepotential des Transistors 150 über den Widerstand 154 aufgeladen. Dabei steigt das Potential der uasis des Transistors allmählich; an und steuert den Transistor 150. auf. Das heißt der Widerstand zwischen Kollektor.und Emitter des Transistors 150 wird allmählich verringert, was eine allmählich und linear ansteigende Spannung am Emitter zur Folge hat. Wenn die einzelnen Spannungsregler die linear ansteigende spannung zwischen den Anschlüssen 168 und 170 mit der über die Leitungen 34, 36 und

009814/0867

BAD ORIGINAL

zurückgeführten Spannung vergleichen, erzeugen sie Signale, die*die Sollwertspannung über die Leitungen 144, 146 und 148 allmählich vergrößern. Die steuerbaren Gleichrichter in den Wandlern 18, 20 und 22 werden allmählich früher in der Periode der verketteten Spannung gezündet, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Kommutierungsfehlers verringert wird. Eventuell erreicht die spannung am Emitter die Zener-Spannung der Zener-Diode .166 und bleibt auf diesem Wert während des ^ormalbetriebs des Frequenzwandlersystems.

Figur 5 ißt ein schematisches Schaltbild einer Strombegrenzungeechaltung, die anstelle der Strombegrenzungsschaltung ' 40, die in Figur 4 gezeigt ist, verwendet werden kann. Gleiche Schaltungsbauelemente und Verbindungspunkte" in den Figuren 4 und 5 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wie schon gesagt, legt das Stromtor 116 d*en Ausgang des Oszillators 154 jedesmal bei Eingreifen der in Figur 4 gezeigten; Strombegrenzungeschaltung auf etwa 0 Volt und macht die Spannungsregler 171 in der Spannungsregelschaltung 140 zu ,ötromreglern. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß in einigen· Fällen,' in denen der Stromquelle ein· höherer Strom entzogen. wird, wenn z.B. im Gegensatz, zu.eineia Kommutierungsfehler eine geringe Überlastung auftritt, es vorteilhaft ist, die Spannungsregler ohne Begrenzung der Ausgangsgröße des Oszillators 134 in Stromregler umzuwandeln. Die in Figur 5 gezeigte · Schaltung ist besonders vorteilhaft, wenn der Strom soweit angestiegen ist, daß die Strombegrenzungsschaltung 40 eingreift. In diesem Strombereich verhält sich das Ji'requenzwandlersyetem auch richtig, ohne die Ausgangsgröße des aollwert-Uszillators zu begrenzen, wenn die Strombegrenzungsschaltung 40 allmählich in ihren Stromibegrenzungsbetrieb übergeht.

JBei der in Figur 5 gezeigten Schaltung übernimmt ein npn-Transistor 135 in ähnlicher Weise wie der Kathodenanschluß,, der Kathodensteueranschluß und der Anodensteueranschluß des Stromtores 116 die umwandlung der Spannungsregler in Strom-Regler. Der Abgriff 112 int mit der Basis des Transistors verbunden. Der Kollektor des Transistors 135 ist mit dem Ver-

0098U/0867

bindungspunkt 156 verbunden, während der Emitter über den ' Widerstand 137 an einen Verbindungspunkt 139 an der Kathode der Zener-Diode 128 angeschlossen ist.

Eine zweite Transistor-Schaltung steuert die Begrenzung der Ausgangsleitung 133· Bei dieser Schaltung 1st der Emitter eines Transistors 141 über einen Widerstand 143 mit dem Verbindungspunkt 139 verbunden. Ein Kondensator 145» der zwischen der Basis des Transistors 141 und dem Verbindungspunkt 139 liegt, kann über eine Diode 147, die mit dem Abgriff 112 verbunden ist, aufgeladen werden.

Wenn eine geringere Überlastung des Prequenzwandlersyetems 'auftritt, wird die Spannung an der Basis des Transistors 135 größer als die Zener-Spannung der Zener-Diode 128. Dadurch fließt Strom über die Basisemitterstrecke des Translators und steuert diesen durch. Der npn-Transistor 135 entlädt den. Kondensator 160 über den Anechluß 156 und bewirkt daduroh, daß die Spannungsregler in der Spannungsregelsohaltung 140 ■ als Stromregler arbeiten, wie zuvor anhand der in Pigur 4 gezeigten Schaltung erläutert wurde.

Wahrend der Transistor 135 aufgrund der geringen Überlastung •des Frequenzwandlersyetems leitend ist, überschreitet der Bpannungsabfall am Widerstand 137 nicht den Durohlaßepannungsabfall der Diode 147. Solange dieser Durchlaßspännungsabfall nicht überschritten wird, kann der Kondensator 145 . nicht wieder aufgeladen werden» um den Transistor 141 durchzusteuern. . .

Wenn ein Kommutierungsfehler auftritt, wird dem Wideretand 137 jedoch eine" viel größere Spannung über den Abgriff 112 und die Basiseraltterstrecke dee Transistors 135 zugeführt. · Deshalb tiberschreitet die Spannung am Widerstand 137 den . Durchlaßspannungsabfall an der Diode 147. In diesem Augen- . blick kann sich der Kondensator 135 aufladen und den Transistor 141 durchsteuern. Da der Widerstand 143 eine kleine Re-T Bietanz'im Vergleich zum Widerstand 137 hat, wird der Aue- gangsleitung 133 ein starker Strom entzogen, der den Ausgang ·

009814/0867 *

dee Oszillators 134 begrenzt. Die ladung des Kondensators be-r * •wirkt, daß der Transistor 141 die Ausgangsleitung 133 nur •kurzzeitig solange begrenzt, bis der Kommutierungsfehler be-' hoben ist und die steuerbaren Gleichrichter abgekühlt sind. ' Wenn deshalb dem Abgriff 112 die größere Spannung zugeführt '-.wird, z.B. wenn ein Kommutierungsfehler bewirkt, daß der Stromquelle 4 ein zu starker Strom entzogen wird, wandelt die in Figur 5 gezeigte Schaltung ,den Spannungsregler nicht nur in einen Stromregler um, sondern begrenzt auch die Ausgangsgröße des Oszillators 134.

figur 6 ist ein schematisches Schaltbild der Verbraucher und Filterschaltungen, die für die Zweiweggleichrichterachaltung in jeder Wandlerschaltung verwendet werden.

Bei der in Figur 6 dargestellten Schaltung sind die steuerbaren Gleichrichter mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie die in den Figuren 1 und 3 gezeigten. Bei der Zweiweggleichrichterschaltung fließt der Strom jedoch über einen Gleichrichter, durch den Verbraucher und durch einen anderen Gleichrichter auf der anderen Seite des Verbrauchers. Deshalb ist hier die Anzahl der steuerbaren Gleichrichter doppelt so groß, um die gleiche Funktion auszuüben. Die steuerbaren Gleichrichter auf der linken Seite des Verbrauchers werden als Gruppe 1 der steuerbaren Gleichrichter bezeichnet und sind mit den Bezugszeichen A1P1, A2P1, A3P1, A1N1 usw. versehen; diese sind in die Gruppen P1 und NI der steuerbaren Gleichrichter unterteilt. Die steuerbaren Gleichrichter auf der rechten Seite des Verbrauchers sind die Gruppe 2 und entsprechend mit den Bezugszeichen A1P2, A2P2, A3P2, AN2 usw. bezeichnet; diese sind wiederum in die Gleichrichtergruppen P1 und N1 unterteilt. Die Zahlen 1, 2 und 3 an einem Ende der steuerbaren Gleichrichter bezeichnen die Eingangsleitung, mit der sie verbunden sind. ■ .

Die in Figur 6 gezeigte Schaltung enthält zwei Transformatoren, um die Wahrscheinlichkeit eines Kommutierungsfehlers zu verringern. Eine Wicklung 192 eines Transformators 194 liegt zwischen der Gleichrichtergruppe P1 und dem Anschluß,124. Die

009814/0167

Wicklung 192 ist magnetisch mit einer Wicklung 196 gekoppelt, die zwischen der Gleichrichtergruppe P2 und dem Anschluß 180 liegt. Eine Wicklung 200 eines Transformators 198 liegt zwischen der Gleichrichtergruppe N1 und dem Anschluß 174. Diese Wicklung "»200 ist magnetisch mit der Wicklung 202 gekoppelt; die zwischen der Gleichrichtergruppe N2 und dem Ansohluß 180 liegt.

Während der positiven Halbwelle des in Figur 7 gezeigten Ausgangsstroms, fließt der Strom von der Gleichrichtergruppe P1 über die Wicklung 192, den Anschluß 174-, den Verbraucher 190, den Anschluß 180 und die Wicklung 202 zur Gleichrichtergruppe N2. Während der ersten Viertelwelle des in Figur 7 als Kurve 305 dargestellten Ausgangsstroms induziert der Ausgangsstrom in der Wicklung . .,^ und in der Wicklung 202 jeweils eine Spannung, die so gerichtet ist, daß das punktierte Ende der Wicklungen positives Potential gegenüber dem nicht punktierten hat. Während der Kreisstrom bestrebt ist, in den Wicklungen 196 und 200 eine Spannung mit positivem Potential am nichtpunktierten Ende zu induzieren, induziert der stärkere, durch die Wicklungen 192 und 202 fließende Verbraucherstrom eine Spannung mit positiver Polarität am punktierten Ende der Wicklungen 196 und 200. In der Kreisstrommasche 304 zwischen den steuerbaren Gleichrichtergruppen P1 und N1 und den Gleichrichtergruppen P2 und N2 sind die in den Wicklungen 192 und 200 und in den Wicklungen 196 und 202 induzierten Spannungen bestrebt, sich gegenseitig aufzuheben, so daß sie den Kreisstrom weder behindern noch unterstütstn. Die etria&punktiert gezeichnete Spannungswelle 306 gibt den Verlauf dey in den Wicklungen 196 und 200 induzierten Sekundärspannung wieder. Diese Spannung hat entgegengesetzte Polarität zur Spannung an den Wicklungen 192 und 202.

Während der nächsten Viertelwelle des in Figur 7 gezeigten Ausgahgsstroms, steigt der Ausgangsstrom an. Deshalb wirkt die in den Wicklungen 192 und 202 induzierte Spannung als Stromgenerator. Eine Spannung mit positiver Polarität an den , nicht punktierten Enden wird in den Wicklungen 192 und 202

0098U/0867

,induziert· Auch in den Wicklungen 196 und 200 wird eine Span-. nun'g mit positiver Polarität an den nicht punktierten Enden * induziert. In der KreiöstrommaBche_ 304 zwischen.den steuerbaren Gleichrichtergruppen P1 und'11 und den steuerbaren GIeichriestergruppen P2 und N2 sind die in den Wicklungen 192 und 200 und. in den Wicklungen I96 und 202 induzierten ■ Spannungen wiederum bestrebt» einander aufzuheben« Deshalb gibt ee keine induzierte Spannung, &i© feestrebt ist, den Kreisetrom am Ende einer Halbwelle dee Ausgangsstroms zu verstärken, so daß bei dieser Schaltung am !Ende eine: Halbwelle tee AuBg&ngsstroms auftritt»

Während einer nachfolgenden Halbwelle dee Verbraucherstroms, wenn er von der Gleichrichtergruppe Έ2 über die Wicklung 196, den Anschluß 180, den Verbraucher 190» den Anschluß 174 und die Wicklung 200 zur Gleichrichtergrupps If 1 fließt, gilt ätoliches für den Einfluß der Transformatoren 194 und 198 auf den Kreisstrom zwischen den Gleichrichtergruppen P1 und N1 und zwisohen den Gleiehrichtergruppen P2 und H2. Während dieser Halbwelle des Ausgnngastroms induziert also der durqh die Wicklungen 196 und 200 fließende Verbraucherstrom ®ia® Sekundär spannung in den Wicklungen 192 und 202, die der in den Wicklungen 196· und 200 induzierten entgegengerlclitat ist» Deshalb haben diese Gpnnnungen keinen Einfluß auf den Kreisstrom.

009^14/0867

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. .frequenzwandler, der aus einer mit mehreren, symmetrischen ■Ausgangsphasen versehenen WechBelstromquellen gespeist wird, für Jede Ausgangsphase eine Frequenzwandlervorrichtung mit mehreren steuerbaren Gleichrichtern, die wahlweise mit jeder der Stromqüellenausgangsphaoen verbunden sind, und eine entsprechende Anzahl von Modulierschaltungen enthält, die mit den Stromquellenausgangsphasen und den "Frequenzwnndlervorrichtungen verbunden sind, um das Zünden der steuerbaren Gleichrichter wahlweise vorzubereiten (zu programmieren), gekennzeichnet durch eine Sollwertspannungsquelle (32) mit einer entsprechenden Anzahl von Auegangsphasen, deren frequenz niedriger als die Ausgangsfre-

   • quenz der Wechselstromquelle (4) ist und die mit allen Modulierschaltungen (12, 14·, 16) verbunden sind, durch eine auf die Ausgangsspannung der Wechselstromquelle ansprechende und die jeder Moduliereehaltung zugeführte elektrische Leistung bei Anliegen einer bperrspannung an einem entsprechenden steuerbaren Gleichrichter unterbrechende Schaltung (24) und durch eine entsprechende Anzahl von Verknüpfungsschaltungen (56), die die Ausgangsgrößen der steuerbaren Gleichrichter jeweils zu einer entsprechenden Anzahl von Ausgangsgrößen verknüpfen, deren Frequenz gleich der Frequenz der Sollwertspannung ist.

   2· Frequenzwandler nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet,, daß die Unterbrechungsschaltung (24) eine Schalterschaltung (98, 100, 102, 104, 106) und eine Kopplungsschaltung (!58) enthält, die ■ zwischen die Stromquelle und jede Modulierschaltung geschaltet sind, wobei die Kopplungsschaltung an die Schalterschaltung eine mit jedem steuerbaren Gleichrichter in Phase befindliche Spannung abgibt.

   3. Frequenzwandler nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine die Auegange- " ' größe des Frequenzwandlers in Abhängigkeit von einer vorbe-

   • ' 0098U/0867

   stimmten Änderung des Ausgangsstroms der Strömquelle regeln-' de Schaltung (4-0) und eine die Ausgangsgröße'des Frequenz-Wandlers in Abhängigkeit von einer übermäßigen Änderung des Aμsgangsstroms der Stromquelle kürzzeitig verringernde zweite Schaltung (16, 126, 130, 132). · /

   M-'» Frequenzwandler nach Anspruch.3.ι . ' dadurch gekennzeichnet, daß beide, Schaltungen ein Siliziumstromtor (116) enthalten. .

   5. frequenzwandler nach Anspruch 3 oder 4,'

   dadurch gekennzeichnet, daß beide ; Schaltungen je eine Verstärkerschaltung (135, 137, 141, 143) und eine Verbindungsschaltung (110, 112, 126, 145, 147) enthalten, wobei die Verbindungssohaltung die eine Verstärkerschaltung in Abhängigkeit von einer kleineren Stromänderung als die andere Verstärkerschaltung arbeiten läßt.

   M-

   6. Frequenzwandler nach Anspruch 3, , ^;

   dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertspannungsquelle eine Oszillatorschaltung (134), die für jede Ausgangsphase eine Sollwertspannung erzeugt, und. eine Sollwert3pannungsregelschaltung (140) enthält, und daß die eine Schaltung mit der S ollwert spannungsre'gelschaltung (156) und die zweite Schaltung mit der Oszillatorschaltung verbunden ist.

   7. Frequenzwandler nach Anspruch 6, . gekennzeichnet durch einen Sollwerisp.annungsreg-ler (171) und eine Konetantapannungsquelle (1jO_f 152» 154, 164). ■ ■ . - ·";■·

   8. Frequenzwandler nach Anspruch 6 oder 7» | dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwert spannungsquelle eine die Sollwertspannung allmählich auf einen stationären Endwert nach einer.Stromunterbreohung ver-.größernde, kapazitive Schaltung (160) enthält.

   OQ98U/O06i

   ja

   ί563193

   9. Frequenzwandler nach Anspruch 3» hei dem die Zusammensetz schaltungen den Verbraucherstrom in zwei Richtungen fließen laesen und induktive Filter enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechende Paare von Induktionsspulen (192 und 196, 200 und 202) durch Netftralisiervorrichtungen (1°A, 198) verbunden sind, · die den Einfluß induzierter Spannungen neutralisieren, wenn Kreisströme durch die steuerbaren Gleichrichter fließen, ohne durch die Ausgangsphasen des Verbrauchers zu fließen·

   10. Frequenzwandler nach Anspruch 9»

   dadurch gekennzeichnet, "daß die Neutralisiervorrichtung eine magnetische Kopplung (194» 196) 1st.

   Q098U/0867