DE1588510C3 - Elektrische Schaltungsanordnung zur Erzeugung von drei oder mehrphasigen Wechselstromen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung zur Erzeugung von drei- oder mehr-(/n)-phasigen Wechselströmen, deren Kurvenform beliebig programmierbar und deren Frequenz und Phasenlage beliebig modulierbar ist, unter Verwendung von durch Ringzähler angesteuerten elektronischen Abfrageschaltern, an deren Eingang jeweils ein vorgegebenes Potential anliegt, wobei die Zählimpulse von einem spannungsgesteuerten, frequenzmodulierbaren. Oszillator erzeugt werden. ; '

Es ist bekannt, einphasige Funktionen mit einstellbarer Kurvenform zu erzeugen, indem eine Reihe elektronischer Abfrageschalter nacheinander angesteuert werden, die mit ihren Eingängen an einem vorgegebenen Potential liegen. Auf diese Weise wird eine treppenförmige Funktion gebildet, deren Anpassung an eine vorgegebene Kurvenform sich mit der steigenden Anzahl elektronischer Abfrageschalter verbessert. Zur Verbesserung des Kurvenverlaufs wird der Schaltungsanordnung ferner ein Tiefpaß nachgeschaltet.

In der deutschen Auslegeschrift 1246105 wird eine Vorrichtung zur Erzeugung ein- oder mehrphasiger Wechselspannungssysteme beschrieben, die feste Frequenz- und Phasenbeziehungen sowie Mittel zur Erzielung einer angenähert sinusförmigen Wechselspannung aufweisen. Hierin sollen lediglich die Amplituden der einzelnen Wechselspannungen steuerbar sein. Ein derartiges, möglichst symmetrisches Mehrphasensystem soll durch Anwendung eines Analog-Digital-Wandlers mit einem diesem nach- ( geschalteten Schrittschaltwerk sowie mindestens eines Digital-Analog-Wandlers zur Bildung je einer einphasigen angenähert sinusförmigen Wechselspannung und weiteren Mitteln zur Amplitudensteuerung verwirklicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Schaltungsanordnung vorzuschlagen, mit der drei- oder mehr-' phasige Wechselstromsysteme erzeugt werden können, die in der Kurvenform beliebig programmierbar und in der Phase und Frequenz beliebig modulierbar sind. Denkbar wäre, die beliebige Funktion mit Hilfe der Synthese vieler Einzelfunktionen herzustellen. Sobald jedoch gefordert ist, daß die Frequenz in einem bestimmten Bereich beliebig modulierbar oder veränderlich sein soll, ergeben sich wegen der nicht ohne weiteres zu verändernden Bandbreite der verwendeten Filter meist nicht zu behebende Schwierigkeiten. Bei einer Grundwelle von z. B. 300 bis 500 Hz läßt sich bei den höheren Harmonischen nicht mehr unterscheiden, aus welcher Harmonischen die einzelnen Frequenzen stammen, da sich die Frequenzbereiche überlappen.

Zur Lösung der Aufgabe wird deshalb vorgeschlagen, daß

a) je Phase ein «-stufiger Ringzähler vorgesehen ist, dessen, η Stufen eine Periode zeitlich «-mal unterteilen und dessen «Ausgänge mit der gleichen Anzahl elektronischer Abfrageschalter verbunden sind, wobei die Eingänge der elektronischen Abfrageschalter jeweils mit einer Schiene eines k Schienen aufweisenden Kreuzschienenverteilers verbunden sind und wobei jeder Schiene ein bestimmtes elektrisches Potential zugeordnet ist;

b) daß je Phase ein spannungsgesteuerter, frequenzmodulierbarer Oszillator vorgesehen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang der ersten Stufe seines ihm zugeordneten Ringzählers verbunden ist;

c) daß zur Phasenregelung {m—l) bistabile Schaltungsanordnungen vorgesehen sind, wobei der Eingang der /-ten bistabilen Schaltungsanordnung mit je einer Stufe des ersten und des (/+l)-ten Ringzählers verbunden ist und wobei den («1—1) bistabilen Schaltungsanordnungen jeweils eine weitere Schaltungsanordnung nachgeschaltet ist, die aus den Ausgangssignalen der bistabilen Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Istwerten Mittelwerte bildet, wobei dann die Abweichungen der Istwerte von einem einstellbaren Sollwert den Oszillatoren als Verstellsignale zugeführt werden, derart, daß die i-te Regelabweichung dem (/+ l)-ten der m Oszillatoren als Verstellsignal zugeführt wird.

Aus Größe und Vorzeichen des Signals, das am Ausgang der den Mittelwert bildenden Schaltungsanordnung ansteht, geht unmittelbar die Phasenlage zwischen der durch den i-ten und den (i-fl)-ten Ringzähler erzeugten Funktion hervor. Aus dem Vergleich mit einem Sollsignal ergibt sich dann eine Regelabweichung, die dem zum (/+ l)-ten Ringzähler ■ gehörenden Oszillator als Verstellsignal zugeführt werden kann. Die Phasenlage der einzelnen Funktionen zueinander wird dabei zweckmäßigerweise auf die Funktion eines einzigen Ringzählers bezogen.

Die Frequenz des Wechselstromsystems wird über einen der modulierbaren Oszillatoren eingestellt, wobei die Frequenz der anderen Oszillatoren dieser Fre- \ quenz nachgeregelt werden. Die Kurvenform läßt sich '45 beliebig im Kreuzschienenverteiler vorgeben. Zweckmäßigerweise erhalten die mit den Abfrageschaltern verbundenen Verstärker, die letztlich die Ausgänge der Phasen bilden, einen hochohmigen Eihgangswiderstarid und Tiefpaßcharakteristik.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind die mit einer bistabilen Schaltungsanordnung verbundenen Stufen des Ringzählers so gewählt, daß deren Signale um 180° phasenverschoben sind. Das bedeutet, daß der Mittelwert bei Soll-Phasenlage den Betrag Null hat. Eine vorgegebene Phasenverschiebung läßt sich dadurch erreichen, daß dem Sollwert ein entsprechendes Signal überlagert wird.

Zur Überwachung des fehlerfreien Betriebs der erfindungsgemäßen¹ Schaltungsanordnung wird ferner vorgeschlagen, daß die letzte Stufe jedes Ringzählers mit einer logischen Schaltungsanordnung verbunden ist, die den Ringzählerimpuls der letzten Stufe auf die erste Stufe des Ringzählers zurückschaltet, daß die logische Schaltungsanordnung von einer ebenfalls mit der ersten Stufe des Ringzählers verbundenen Überwachungsschaltungsschaltung angesteuert wird, derart, daß die logische Schaltungsanordnung einen Impuls abgibt, wenn für eine vorgegebene Zeit am Eingang des Ringzählers kein Impuls erscheint. Diese vorgegebene Zeit kann auch abhängig gemacht werden von in den jeweiligen Oszillatoren gegebenen Verstellsignal. Denn die Durchlaufzeit durch einen Ringzähler ist abhängig wiederum von der vorgegebenen Frequenz.

Falls am Ausgang des Ringzählers kein Impuls erscheint, muß für eine Impulsregeneration gesorgt werden. Die Überwachungsschaltung erfaßt jeweils die Impulse am Eingang des Ringzählers und steuert die logische Schaltungsanordnung an, wenn eine vorgegebene Zeit lang kein Impuls am Eingang des Ringzählers erscheint. Die logische Schaltungsanordnung erzeugt einen neuen Impuls und gibt ihn in den Eingang des Ringzählers. Als weitere Bedingung für die Erzeugung eines neuen Impulses ist erforderlich, daß der dem Ringzähler zugeordnete Oszillator eingeschaltet ist.

Um sicherzugehen, daß sich bei Erreichen der letzten Ringzählerstufe kein Impuls mehr im Ringzähler befindet, wird von der Erfindung schließlich vorgeschlagen, daß bis auf die letzte Stufe sämtliche Stufen des Ringzählers mit einer Löschschaltung verbunden sind, die sämtliche Impulse löscht, wenn am Ausgang der letzten Stufe ein Ringzählerimpuls an-' steht.

An Hand von Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Teiles der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines dreiphasigen Wechselstromsystems; F i g. 2 stellt den Aufbau der Phasenreglung;

F i g. 3 die Impulsüberwachung im Ringzähler dar.

Für die drei Phasen R, S und T sind drei «-stufige Ringzähler 10, 11 und 12 vorgesehen, deren « Stufen eine Periode zeitlich «-mal unterteilen. Die « Ausgänge der Stufen sind mit der gleichen Anzahl elektronischer Abfrageschalter 13,14 bzw. 15 verbunden. Die Eingänge der elektronischen Abfrageschalter 13, 14 und 15 sind jeweils mit einer Schiene eines k Schienen aufweisenden Kreuzschienenverteilers 16 verbunden, wobei jeder Schiene ein bestimmtes elektrisches Potential zugeordnet ist. Dieses soll hier durch die Widerstände 17 angedeutet sein. Je Phase ist ein spannungsgesteuerter frequenzmodulierbarer Oszillator 18, 19 bzw! 20 vorgesehen, der mit der Eingangsstufe seines ihm zugeordneten Ringzählers 10, 11 bzw. 12 verbunden ist. Sämtliche Ausgänge der elektronischen Abfrageschalter 13, 14 und 15 gehen auf einen Verstärker mit hochohmigem Eingangswiderstand mit nachgeschaltetem aktivem Tiefpaßfilter 21, 22 bzw. 23 mit linearer Phase. Die Tiefpaßfilter dienen zur Glättung der Stufensprünge der in den Phasen R, S und T gebildeten Funktionen.

In dem hier gezeigten Schaltbild sind die drei Funktionen der Phasen R, S und T einander gleich und nur jeweils um 120° phasenverschoben. Die Kurvenform ist dabei beliebig im Kreuzschienenver-. teiler 16 einstellbar. Es ist jedoch ebensogut möglich, drei verschiedene Kurvenformen für R, S und T zu i erhalten, indem die Ausgänge der elektronischen ¹ Abfrageschaltcr 13 bis 15 mit entsprechenden Schienen von drei Kreuzschienenverteilern verbunden· werden.

Da zwischen den drei Phasen R, S und T jeweils eine Phasenverschiebung von 120° eingehalten werden soll, ist es zweckmäßig, die Oszillatoren 18 bis 20

in entsprechender Weise zu regeln. Ein Beispiel hier- ' für zeigt F i g. 2. Die elektronischen Abfrageschalter sind dabei nicht mit eingezeichnet. Zur Regelung sind zunächst zwei bistabile Schaltungsanordnungen 24, 25 vorgesehen, wobei der Eingang der ersten bistabilen Schaltungsanordnung 24 mit der Stufe 1 des ersten Ringzählers 10 und mit der Stufe 21 des zweiten Ringzählers 11 verbunden ist. Der Eingang der zweiten bistabilen Schaltungsanordnung 25 ist ebenfalls mit der Stufe 1 des ersten Ringzählers 10 und : mit der Stufe 101 des dritten Ringzählers 12 verbun- I den. Bei η = 120 Stufen und richtiger Phasenlage an R und 5 sind die Signale an Stufe 1 des Ringzählers 10 und Stufe 21 des Ringzählers 11 gerade um 180° phasenverschoben, d. h., das Signal von Stufe 1 schaltet die bistabile Schaltungsanordnung 24 ζ. Β. auf den .Wert +1, dann schaltet das Signal der Stufe 21 des Ringzählers 11 nach 180° auf den Wert —1. Am Ausgang der Schaltungsanordnung 24 steht also eine Rechteckfunktion an, deren Mittelwert — bei richtiger Phasenlage — Null ist. Die .Mittelwertbildung geschieht, nun in der nachgeschalteten Schaltungsanordnung 26 bzw. 27. Die entsprechend gebildete Istspannung U_isl wird mit einer Sollspannung U_soU verglichen. In diesem Fall ist bei der vorgegebenen Phasenverschiebung von 120° die Sollspannung U_soU Null. Die auf diese Weise entstehende Regelabweichung wird über Regelverstärker 28 bzw. 29 als Verstellsignal auf den Oszillator 19 bzw. 20 gegeben. Bei einer Abweichung der Phasenverschiebung von 120° ergibt sich für den Mittelwert ein negativer oder positiver Wert ungleich Null, so daß die Oszillatoren 19 und 20 entsprechend verstellt werden. Um eine andere vorgegebene Phasenverschiebung zu erhalten, ist dementsprechend ein anderer Wert der Sollspannung U_soll zu wählen.

Bei der Phasenregelung ist es zweckmäßig, die Funktionen der einzelnen Phasen auf eine Funktion zu beziehen. In diesem Fall sind die Funktionen der Phasen S und T auf die Funktionen der Phase R bezogen.

Zur Verbesserung der Phasenregelung ist es möglich, mehrere Stufen eines Ringzählers auf die zugehörige/bistabile Schaltungsanordnung zu führen. Da- ₍ durch erfolgt die Mittelwertbildung und damit die I Bildung des Istwertes in kürzeren Zeitabständen.' F i g. 3 zeigt ein Schaltungsbeispiel zur Über- ~~ wachung der Impulse im- Ringzähler und damit eine Überwachung der richtigen Ansteuerung der Abfrageschalter. Das Beispiel beschränkt sich auf die Darstellung der Phase R. Die zum Ringzähler 10 gehörenden elektronischen Abfrageschalter sind ebenfalls fortgelassen. Am Ausgang des Ringzählers 10 ist eine logische Schaltungsanordnung 30 angeschlossen, die den Ringzählerimpuls der letzten Stufe auf die erste Stufe des Ringzählers 10 zurückschaltet. Das Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangssignal ist dabei mit Q-Q' bzw. £?-£?' angegeben. Eine Überwachungsschaltung 31 ist ebenfalls mit der Eingangsstufe des Ringzählers 10 · verbunden und erfaßt die in vorgegebenen Zeitabständen wiederkehrenden Impulse in dieser Stufe. Die Überwachungsschaltung enthält im wesentlichen einen Kondensator, der an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Mit dem Auftauchen eines Impulses in der Eingangsstufe wird der Kondensator in der Schaltung 31, beispielsweise über einen Transistorschalter, kurzgeschlossen und kann sich entladen. Wenn aus irgendeinem Grunde ein Impuls ausbleibt, überschreitet die Kondensator- <·"* Spannung einen vorgegebenen Schwellwert, so daß * über ein UND-Glied 32 an die logische Schaltungsanordnung 30 ein bestimmtes Potential angelegt wird, wenn auch die zweite UND-Bedingung, nämlich die Einschaltung des Oszillators 18, gleichfalls erfüllt ist. Am Ausgang der logischen Schaltungsanordnung 30 erscheint dann ein Impuls, der in die Eingangsstufe des Ringzählers 10 gegeben wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die gewünschten Funktionen im dreiphasigen System ohne Unterbrechung fortlaufend erzeugt werden.

Um sicherzugehen, daß in dem Ringzähler 10 kein Impuls mehr enthalten ist, wenn ein Ringzählerimpuls die Ausgangsstufe erreicht hat, ist eine Löschschaltung 33 vorgesehen, die über ein Überwachungsglied 34, das am Ausgang des Ringzählers 10 angeschlossen ist, angesteuert wird. Erscheint am Ausgang des Ringzähler ein Impuls, dann werden außer der ersten und letzten Stufe sämtliche Stufen des Ringzählers 10 gelöscht. Erscheint am Ausgang des Ringzählers 10 jedoch kein Impuls, dann wird davon ausgegangen, daß auch in den vorhergehenden Stufen C kein Impuls mehr enthalten ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltungsanordnung zur Erzeugung von drei- oder mehr-(m)-phasigen Wechselströmen, deren Kurvenform beliebig programmierbar und deren Frequenz und Phasenlage beliebig modulierbar ist, unter Verwendung von durch Ringzähler angesteuerten elektronischen Abfrageschaltern, an deren Eingang jeweils ein vorgegebenes Potential anliegt, wobei die Zählimpulse von einem spannungsgesteuerten, frequenzmodulierbaren Oszillator erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) je Phase ein η-stufiger Ringzähler (10, 11, 12,) vorgesehen ist, dessen η Stufen eine Periode zeitlich /z-mal unterteilen und dessen ;i Ausgänge mit der gleichen Anzahl elektronischer Abfrageschalter (13, 14, 15) verbunden sind, wobei die Eingänge der elektronischen Abfrageschalter (13, 14, 15) jeweils mit einer Schiene eines k Schienen aufweisenden Kreuzschienenverteilers (16) verbunden sind und wobei jeder Schiene ein bestimmtes elektrisches Potential zugeordnet ist; as

b) je Phase ein spannungsgesteuerter, frequenzmodulierbarer Oszillator (18, 19, 20) vorgesehen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang der ersten Stufe seines ihm zugeordneten Ringzählers (10,11,12) yerbunden ist;

c) zur Phasenregelung (/72 — 1) bistabile Schaltungsanordnungen (24, 25) vorgesehen sind, wobei der Eingang der /-ten bistabilen Schaltungsanordnung mit je einer Stufe des ersten und des (1 + l)-ten Ringzählers verbunden ist und wobei den.(τη— 1) bistabilen Schal-

. tungsanordnungen jeweils eine weitere Schaltungsanordnung (26, 27) nachgeschaltet ist, die aus den Ausgangssignalen der bistabilen Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Istwerten Mittelwerte bildet, wobei dann die Abweichungen der Istwerte von einem' einstellbaren Sollwert den Oszillatoren (19, 20) als Verstellsignale zugeführt werden, derart, daß die /-te Regelabweichung dem (/+l)rten der m Oszillatoren (18, 19, 20) als Verstellsignal zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer bistabilen Schaltungsanordnung (24, 25) verbundenen Stufen des Ringzählers (10, 11, 12) so gewählt sind, daß deren Signale um 180° phasenverschoben sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Stufe jedes Ringzählers mit einer logischen Schaltungsanordnung (30) verbunden ist, die den Ringzählerimpuls der letzten Stufe auf die erste Stufe des Ringzählers (10) zurückschaltet, und daß die logische Schaltungsanordnung (30) von einer j ebenfalls mit der ersten Stufe des Ringzählers (10) verbundenen Überwachungsschaltung (31) angesteuert wird, derart, daß die logische Schal-

■ tungsanordnung (30) einen Impuls abgibt, wenn' für eine vorgegebene Zeit am Eingang des Ring-Zählers (10) kein Impuls erscheint.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bis auf die letzte Stufe sämtliche Stufen des Ringzählers mit einer Löschschaltung (33) verbunden sind, die sämtliche Impulse löscht, wenn am Ausgang der letzten Stufe ein Ringzählerimpuls ansteht.