DE1588957C3 - Anordnung zur Amplitudenstabilisierung der Spannung einer Wechselstromquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Amplitudenstabilisierung der Spannung einer Wechselstromquellc, bei der die stabilisierte Wechselspannung an den Klemmen eines eine nichtlineare Induktivität und eine Kapazität umfassenden Parallelschwingkreises abgreifbar ist. Eine solche Anordnung ist aus der DT-PS 930 885 bekannt.

Bei der bekannten Anordnung sind auf einem gemeinsamen Joch eine Eingangs- und eine Ausgangswicklung angeordnet. Der Eingangswicklung ist ein magnetischer Nebenschluß mit Luftspalt zugeordnet, der der Entkopplung zwischen Eingangs- und Ausgangswicklung dient. Dieser Nebenschluß wird nahe dem Sättigungsbereich betrieben. Der Parallelschwingkreis ist durch die Ausgangswicklung und den zu ihr parallelgeschalteten Kondensator gebildet. Bei Anstieg der Eingangswechselspannung ändert sich die Flußverteilung in den verschiedenen magnetischen Kreisen derart, daß eine gewisse Stabilisierung bewirkt ist. Bedingung ist aber, daß Eingangsund Ausgangswicklung magnetisch gekoppelt sind, damit überhaupt Energie übertragen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine in ihrer Wirkungsweise völlig abweichende Anordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der eine ausgezeichnete Stabilisierung erzielbar ist und zugleich die Kopplung zwischen Eingang und Ausgang entfällt, so daß — wenn etwa die Eingangswechselspannung starke Störspitzen aufweist — diese in der Ausgangswechselspannung nicht mehr in Erscheinung treten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Anordnung der eingangs genannten Art gelöst diwh eine von der Wechselstromquelle mit der unstabilisierten Spannung gespeiste Einrichtung derart, daß die Energie zum Ausgleich der Dämpfung des Schwingkreises einschließlich der durch eine äußere Belastung bewirkten Dämpfung durch parametrisches Pumpen der Induktivität in den Schwingkreis eingespeist wird.

Verschiedene Typen von parametrischen Anordnungen sind für zahlreiche Schaltungsanwendungen bekannt, insbesondere als Verstärker rur Signaic iin Ultrakurzwellengebiet oder als binäre Zählerelemente für sehr schnelle Elektronenrechner. Derartige parametrische Anordnungen bewirken Verstärkung oder Schwingung mittels der Veränderung eines Parameters eines Energiespeichers und umfassen im allgemeinen einen L-C-Resonanzkreis, in dem der Wert entweder der Induktivität oder der Kapazität zu einem kritischen Zeitpunkt verändert wird, um dem System Energie zuzuführen. Diese Energiezufuhr wird als »Pumpen« bezeichnet, und die Enerpieübertragung ist dann maximal, wenn die Energie den Resonanzkreis an den Spitzen von dessen Ausgangswellcnlorm zugeführt wird, d. h., wenn die Pumpfrequenz zweimal so groß ist wie die Ausgangsfrequenz und in der richtigen Phasenlage mit dieser ist. Die L-C-Schaltkreise typischer parametrischer Anordnung verwenden entweder ein nichtlineares Induktivitätselement, wie einen sättigbaren Kern mit einem Wicklungspaar oder einen oder mehrere nichtlincarc Kondensatoren, wie eine Siliziumdiode, deren Kapazität von der Spannung abhängt, die ihr aufgedrückt wird. Im Falle einer variablen Induktivitätsanordnung wird das Pumpsignal einer der Wicklungen zugeführt, während die andere Wicklung in den Resonanzkreis geschaltet ist; im Falle der Anordnungen mit variabler Kapazität wird das Pumpsignal direkt dem Kondensator im Resonanzkreis zugeführt. Infolge der ihnen eigentümlichen Natur dieser Induktivitäten und Kapazitäten waren früher parametrische

3 4

Anordnungen auf sehr hohe Frequenzen beschränkt werden mag, Erzeuger eines Magnetflusses, der den in Verbindung mit sehr niedrigen Leistungen. Dar- magnetischen Widerstand des Magnetkreises steuert, über hinaus beschränkt das Erfordernis einer Pump- der von der zweiten Wicklung umschlossen wird, die quelle mit der doppelten Frequenz des Ausgangs die als Lastwicklung bezeichnet werden mag, und zwar Anwendung derartiger Anordnungen. 5 in solcher Weise, daß Veränderungen dieses Flusses, Wenn derartige parametrische Schaltkreise richtig verursacht durch Änderungen des Stromes in der aufgebaut sind, bilden sie im wesentlichen selbst- Eingangswicklung, dahin führen, daß die Hysteresisanlaufende Oszillatoren, deren Schwingungen bis zu schleife des Magnetkreises, umschlossen von der einer bestimmten Amplitude aufgebaut werden und Lastwicklung, tatsächlich dabei verdreht wird und dann bei dieser Amplitude konstant bleiben. Die io dabei die Induktivität der Lastwicklung verändert parametrische Schwingung wird in der Literatur wird. Das Verhältnis zwischen Eingangsstrom und meistens in den Ausdrücken von Matheius' Gleichung Lastwicklungsinduktivität ist in Fig. 2 der Zeichbehandelt und erläutert. Eine derartige Behandlung nung dargestellt.

und Erläuterung zusammen mit weiterem erläutern- Da die Induktivität eine absolute Größe ist, kann dem Material bezüglich parametrischer Anordnungen 15 sie nicht den Nulldurchgängen desjenigen Phänomens findet sich in dem Artikel von E. Goto, »The folgen, das ihre Ursache ist, sondern sie bewirkt eine Parametron, a digital computing element which Vollwellengleichrichtung des verursachenden Phäno-Utilizes Parametric Oscillation«, erschienen im mens. Wenn demgemäß ein Wechselstrom der Ein-Augustheft 1959 von »Proceedings of the IRE«, gangswicklung einer Induktivität des beschriebenen j S. 1304 bis 1316. Wie in jenem Artikel erläutert, 20 Typs zugeführt wird, wird die Induktivität der Lastkann unter bestimmten Voraussetzungen eine Cha- wicklung in Übereinstimmung mit dem Wechselstrom rakteristik gezeichnet werden mit einem Sattelpunkt der Eingangswicklung gesteuert. Da jedoch die In- \ am Ausgang und zwei Spiralpunkten, die die stabilen duktivität unabhängig von der Polarität des Wechselj Zustände der stationären Schwingung angeben und stromes ist, ändert sich die Induktivität mit der dopj zueinander um 180° versetzt sind. Eine derartige 25 pelten Frequenz des Wechselstromes, der der Ein-1 Kurve ist in Fig. 1 der Zeichnung gezeigt. gangswicklung zugeführt wird, wie in Fig. 3 der In dem zitierten Artikel bemerkt der Autor, daß Zeichnung dargestellt ist. Dies ist genau das, was für die Schwingung einer parametrischen Anordnung im den Betrieb einer parametrischen Anordnung erforstationären Zustand extrem stabil ist und stellt fest, derlich ist. Wenn demgemäß die Lastwicklung einer daß diese Schwierigkeit beseitigt werden kann (wie 30 solchen Induktivität mit einem entsprechenden Kones notwendig ist, damit sein binäres Element richtig densator gekoppelt wird, um einen Resonanzkreis zu arbeitet), indem Einrichtungen für die Unterdrückung bilden, kann dem Resonanzkreis Energie zugeführt der Schwingungen vorgesehen werden, so daß die werden, indem die Steuerwicklung mit einem Wechsel-Bedingung für den stabilen Zustand nicht erreicht strom der gleichen Frequenz »gepumpt« wird, auf wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun 35 die der Resonanzkreis abgestimmt ist, d. h. mit der gerade eine Anordnung geschaffen, die den Zustand Ausgangsfrequenz.

der stabilen Schwingungen einer parametrischen Es hat sich gezeigt, daß die Anordnung gemäß

Anordnung ausnützt, nämlich für die Regelung einer der Erfindung als extrem genaue Stabilisiereinrich-

Ausgangsspannung aus einer nicht geregelten Quelle. lung bei konventionellen Netzfrequenzen arbeiten

Für die Anordnung gemäß der Erfindung wird 40 kann, wenn die Netzleitung mit der Eingangswick-

eine parametrische Anordnung ausgenützt, die in der lung verbunden wird. Da, wie oben erwähnt, große

Lage ist, Signale mit niedrigen Frequenzen hoher Schwierigkeiten bestehen, die Schwingungsamplitude

Leistung zu verarbeiten. Dabei ist die Pumpfrequenz einer im stabilen Zustand schwingenden parametri-

gleich der Ausgangsfrequenz, und in der erfindungs- sehen Anordnung zu verändern, haben die normalen

gemäßen parametrischen Anordnung erfolgt die 45 Änderungen der Netzspannung, die als Pumpquelle

Übertragung der Pumpenergie auf einen L-C- benutzt wird, keinen Einfluß auf die Amplitude des

Resonanzkreis, indem die Induktivität des Reso- Ausganges aus dem Resonanzkreis. Die Anordnung

nanzkreises geändert wird. besitzt den Vorteil, daß infolge der Vermeidung einer

Als Induktivität wird in der erfindungsgemäßen direkten transformatorischen Kopplung zwischen den

Anordnung vorzugsweise eine Anordnung verwendet, 50 Wicklungen Übergangsvorgänge aus dem Netz, wie

wie sie durch die »Elektrotechnische Zeitschrift«, z. B. Spitzen von gesteuerten Siliziumgleichrichtern,

58. Jg. (1937), H. 36, S. 940, insbesondere Abb. 7, ausgefiltert werden, und der Ausgang eine beinahe

bekannt ist. Danach besitzt die variable Induktivität perfekte Sinuswelle ist. Diese Isolation besteht natür-

einen ferromagnetischen Kern mit einem Wicklungs- lieh genauso in der umgekehrten Richtung, d. h. von

paar darauf. Der Kern ist so aufgebaut, daß er vier 55 der Lastseite zum Netz hin.

gemeinsame Bereiche oder Schenkel aufweist und Bei einer Überlastung infolge eines Kurzschlusses zwei End- oder Verbindungsabschnitte für die magne- auf der Lastseite bewirkt die erfindungsgemäße Antische Kopplung der gemeinsamen Bereiche. Die Ordnung nicht eine Strombegrenzung wie die beSpulen sind um die Endabschnitte gewickelt, wobei kannten Konstantspannungstransformatoren (DT-PS ihre Achsen um 90° zueinander versetzt sind, so daß 60 930 885), sondern hat vielmehr den Effekt, daß die normalerweise keine induktive Kopplung zwischen Anordnung aus dem stabilen Arbeitspunkt herausihnen stattfindet und die Flußkomponenten, die er- gesteuert wird und es verhindert wird, daß der stabile zeugt werden infolge Stromdurchgang durch die Zustand wieder aufgebaut wird, mit dem Ergebnis, beiden Wicklungen, jederzeit in zwei der Schenkel daß keine Ausgangsspannung mehr Vorliegt. Sobald einander entgegengerichtet sind und sich in den bei- 65 die den stabilen Zustand hindernden Ursachen beden anderen Schenkeln zueinander addieren. Als seitigt werden, baut der Schaltkreis sofort die stabile F.rpebnis dieses Aufbaus ist der Strom in einer der Schwingung auf, und die stabilisierte Ausgangsspan-Wicklungen, die als Eingangswicklung bezeichnet nung wird wiederhergestellt.

5 6

Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Die Fig. 2 und 3 stellen das Verhältnis zwischen

Zeichnungen im einzelnen erläutert werden: der Induktivität der lastseitigen Wicklung einer

Fig. 1 stellt eine Kurve dar, die den Schwingungs- variablen Induktivität, wie oben erläutert, zu dem

modus einer parametrischen Anordnung in der Strom dar, der der Eingangswicklung desselben auf-

Phasenebeneillustriert; 5 gedrückt wird. Fig. 2 zeigt, daß die Induktivität,

F i g. 2 ist eine Kurve zur Darstellung der Induk- welche durch die lastseitige Wicklung dargestellt

tivitäts-Eingangsstrom-Charakteristik einer variablen wird, sich im Maximum befindet, wenn der Strom

Induktivität, wie sie gemäß der Erfindung angewandt in der Eingangswicklung Null ist und in der gleichen

wird; Weise abfällt — unabhängig von der Polarität des

F i g. 3 erläutert die Änderung der Induktivität io der Eingangswicklung zugeführten Stromes. F i g. 3

einer derartigen variablen Induktivität in Abhängig- zeigt die Art und Weise, in der sich die Induktivität

keit von einem Wechselstrom; der Belastungswicklung ändert, wenn ein Wechsel-

Fig. 4 ist das schematische Schaltbild eines ersten strom der Eingangswicklung zugeführt wird. Die

Ausführungsbeispiels der Erfindung; obere Kurve zeigt den Strom in der Eingangswick-

Fig. 5 ist ein schematisches Schaltbild einer ersten 15 lung über der Zeit, während die untere Kurve die

.Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4; Induktivität der Belastungswicklung über der Zeit

Fig. 6 ist ein schematisches Schaltbild' einer zwei- darsetllt. Wie man erkennt, erreicht die Induktivität

ten Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 4; der Belastungswicklung ein Maximum bei 0 und

F i g. 7 ist ein schematisches Schaltbild einer drit- 180°, d. h., wenn der Eingangsstrom Null ist, und ein

ten Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 4; 20 Minimum bei 90 und 270°, d.h. dort, wo der Ein-

Fig. 8 stellt schemarisch ein zweites Ausführungs- gangsstrom sein Maximum erreicht. Demgemäß

beispiel der Erfindung dar; ändert sich die Induktivität der Belastungswicklung

Fig. 9 zeigt schematisch ein drittes Ausführungs- mit einer Frequenz, die doppelt so groß ist wie die

beispiel der Erfindung, und des Stromes, der der Eingangswicklung zugeführt

Fi g. 10 ist ein schematisches Schaltbild eines vier- 25 wird,

ten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In Fi g. 4 ist ein Spannungsstabilisator gezeigt, der

In den Zeichnungen ist die magnetische Entkopp- gemäß vorliegender Erfindung aufgebaut ist. Eine

lung zwischen der an die Wechselstromquelle ange- variable Induktivität 10 dss beschriebenen Typs ist

schlossenen und der lastseitigen, mit dem Konden- mit ihrer Eingangswicklung 11 an eine Quelle 12 der

sator den Parallelschwingkreis bildenden Wicklung 30 zu stabilisierenden Spannung angeschlossen, z. B. an

angedeutet durch die Verwendung eines T-förmigen eine 120-Volt-Netzleitung mit einer Netzfrequenz

Eisensymbols für den Kern. von 60 Hz. Ein Kondensator 13 kann der Wicklung

In F i g. 1 ist eine typische Kurve gezeigt zur Er- 11 parallel geschaltet sein, um dsn Eingangsblindläuterung der Amplituden-Phasen-Beziehung einer strom zu reduzieren und den Leistungsfaktor der schwingenden parametrischen Anordnung. Die Ab- 35 Baueinheit zu korrigieren; dieser Kondensator ist szisse stellt die Sinuskomponente I_s dar und die jedoch nicht für den Betrieb des Schaltkreises an sich Ordinate die Kosinuskomponente /_c. Wenn Polar- erforderlich. Die Lastwicklung 14 der Induktivität 10 koordinaten R (Amplitude) und Φ (Phase) in der ist parallel zu einem Kondensator 15 geschaltet mit /_s-, /_C-Ebene eingeführt werden, erkennt man, daß R einem solchen Kapazitätswert, daß der aus der und Φ jeweils die Augenblicksamplitude und -phase 4° Wicklung 14 und dem Kondensator 15 bestehende der Schwingung andeuten. Der Sattelpunkt im Schwingkreis auf eine Frequenz von 60 Hz abge-Ursprung deutet den exponentiellen Schwingungs- stimmt ist. Eine Belastung, dargestellt durch einen aufbau an, welche Schwingung sich in einer definier- Widerstand 16, ist an den Schwingkreis 14,15 angeten Phasenlage zum Pumpsignal befindet. Die Spiral- schlossen.

punkte in der Figur zeigen den stabilen Zustand der 45 Die Anordnung gemäß F i g. 4 arbeitet in der oben stationären Schwingung. Die Wahl zwischen diesen beschriebenen Weise. Wenn ein Signal von der Quelle beiden Modi der stationären Schwingung wird voll- 12 erzeugt wird, veranlaßt der die Wicklung 11 ständig durch das Vorzeichen der Sinuskomponente durchfließende Wechselstrom, daß die Induktivität bewirkt, gegeben durch eine kleine ursprüngliche der Wicklung 14 sich mit der doppelten Frequenz Schwingung, die in dem Schaltkreis vorliegt. Eine 5° der Quelle 12 ändert, wie in Fig.3 dargestellt. In-Ursprungsschwingung von sehr kleiner Amplitude folge des unvermeidbaren Rauschens wird mindestens als Steuersignal genügt, den Modus oder die Phase eine Komponente desselben bei einer Frequenz liegen, der stationären Schwingung von sehr großer Am- auf den der Schwingkreis 14,15 abgestimmt ist, und plitude zu erhalten, die als Ausgangssignal verwen- demgemäß wird ein kleines Signal in dem abgestimmdet wird, und demgemäß ergibt sich eine Aufschau- 55 ten Schwingkreis vorliegen. Die Energie, die dem kelung. Eine ausführliche Behandlung der mathema- abgestimmten Schwingkreis durch die Pumpwirkung tischen und physikalischen Phänomene, die bei para- der Quelle 12 zugeführt wird, die über die Indukmetrischen Schwingungen auftreten, kann aus der tivität 10 wirkt, veranlaßt, daß diese Rauschkompo-Literatur entnommen werden, z. B. dem oben zitier- nente in ihrer Amplitude vergrößert wird, bis ein ten Artikel von Goto. Zwar mögen all die Voraus- 60 stabiler Arbeitspunkt erreicht ist; der betreffende Setzungen, die in der Literatur gemacht werden, um stabile Arbeitspunkt, der erreicht wird, hängt von die in F i g. 1 dargestellte Kurve zu erhalten, nicht dem Vorzeichen der Sinuskomponente des Rauschgenau auf den vorliegenden Erfindungsfall zutreffen, signales ab. Mit anderen Worten, die Pumpwirkung doch ist anzunehmen, daß die Bezugnahme auf diese der Quelle 12, die die Induktivität der Wicklung 14 Figur und deren Verständnis hilfreich sein können, 65 mit der doppelten Frequenz des Resonanzschaltum die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes kreises 14,15 ändert, führt zu einem Aufbau parazu verstehen, und deshalb ist die Kurve hier auch metrischer Schwingungen. Man erkennt, daß, wenn, mitaufgenommen worden. einmal der stabile Schwingungspunkt erreicht ist,

r
t
h
O
it

rl
e ;

η
le
1

n, id
nm

ig
ko-
in
de
■>n
h-

Itann
st,

Veränderungen in der Amplitude des Ausganges der Quelle 12 keinen merkbaren Einfluß mehr auf den Ausgang des L-C-Kreises 14,15 haben werden infolge des sehr großen Signals, das erforderlich wäre, um diesen Schwingkreis aus seinem stabilen Schwingungspunkt herauszutreiben. Infolge des Aufbaus der Induktivität 10 besteht eine vollständige Isolation der Belastung von dem Netz und umgekehrt, und die Ausgangswellenform ist im wesentlichen eine reine Sinuswelle, unabhängig von der Wellenform am Eingang.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Schaltung sehr ähnlich der nach Fig.4, wobei jedoch bestimmte praktische Erfordernisse berücksichtigt worden sind. In dieser Figur ist eine variable Induktivität 20 des beschriebenen Typs mit der Eingangswicklung 21 an eine Spannungsquelle 22 angeschlossen, beispielsweise die übliche Netzwechselspannung. Eine zweite Wicklung 23 ist auf den Kern gewickelt mit ihrer parallel zu der der Wicklung 21, und ein Kondensator 24 ist an die Wicklung 23 angeschlossen. Der Kondensator 24 hat dieselbe Aufgabe wie der Kondensator 13 in Fig. 4, doch gestattet die Verwendung einer getrennten Wicklung 23 eine Spannung über dem Kondensator 24 auszubilden, bei der der letztere mit einem besseren Wirkungsgrad arbeitet. In ähnlicher Weise ist der LastwiCKiung 25 der Induktivität 20 ein Kondensator 26 parallel geschaltet, und zwar über deren Gesamtlänge, während die Belastung 27 selbst nur über einen Teil derselben gelegt ist. Diese Anordnung erlaubt, daß der Kondensator 26 mit einer höheren Soannung arbeitet, bei der er wirksamer ist, z. B. 600 Volt, während die Spannung an der Belastung selbst auf einem niedrigeren Wert gehalten werden kann, beispielsweise 110 Volt. Der Betrieb des Schaltkreises ist in jeder Hinsicht ähnlich dem nach Fig. 4.

In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform dieser Schaltung dargestellt. In dieser Figur ist die variable Induktivität 30 des beschriebenen Typs mit der Eingangswicklung 31 an eine Wechselspannungsquelle

32 angeschlossen. Zwei Wicklungen 33 und 34 sind an Stelle der einzigen Wicklung 14 bzw. 25 nach F i g. 4 bzw. 5 um den Kern gelegt. Diese Wicklungen

33 und 34 sind so um den Kern gelegt, daß ihre Achsen parallel gerichtet sind, und em kondensator 35 ist an die Wicklung 33 angeschlossen, während die Last 36 parallel zur Ausgangswicklung 34 liegt. Die Wicklung 33 und der Kondensator 35 dienen als Schwingkreis, auf den die Energie durch die Pumpwirkung der Quelle 32 und der Eingangswicklung 31 übertragen wird. Der schwingende Ausgang des abgestimmten Schwingkreises 33, 35 ist transformato-1 i£ch aut die Ausgangswicklung 34 gekoppelt, so daß eine stabilisierte Spannung erzeugt wird, die an der Last 36 in der gleichen Weise anliegt wie oben beschrieben. Die Trennung der Wicklungen 33 und 34 gestattet, eine hohe Spannung über dem Kondensator 35 zu halten, so daß dieser Kondensator mit besserem Wirkungsgrad betrieben werden kann.

Ein Schaltkreis nach Fig. 6 wurde experimentell untersucht und erlaubte eine sehr genaue Stabilisierung mit den folgenden Parametern:

65

Wicklung 31 250 Windungen

Wicklung 33 1100 Windungen

Wicklung 34 170 Windungen

Kondensator 35

Belastungswiderstand 36

Kerngewicht

Eingangsspannung

Ausgangsspannung
Ausgangsleistung ..

6 Mikrofarad
50 Ohm
2,75 kg

120 Volt Wechselspannung, 60 Hz
110VoIt,,,
250VA

Der Kern, der für diesen Schaltkreis angewandt wurde, umfaßt zwei C-förmige, um 90° gegeneinander versetzte und miteinander verbundene Kerne.

Falls mehr als ein einziger geregelter Ausgangsspannungswert erwünscht ist oder falls eine Isolation aus praktischen Gründen erforderlich ist, kann die Schaltung gemäß Fig.7 angewandt werden. In dieser Schaltung ist die Induktivität 40 des beschriebenen Typs mit der Eingangswicklung 41 an eine Wechselspannungsquelle 42 angeschlossen. Wie auch in Fig. 6 ist die Belastungswicklung 43 vorgesehen, über die ein Kondensator 44 geschaltet ist, um den Schwingkreis zu bilden. Eine Mehrzahl von Ausgangswicklungen 45, 46 und 47 ist ebenfalls vorgesehen, die jeweils mit ihren Achsen parallel zur Achse der Wicklung 43 angeordnet sind, so daß sie mit der letzteren transformatorisch gekoppelt sind. Durch Auswahl der Windungszahlen für die Ausgangswicklungen 45,46 una 47 kann für Belastungen 48, 49 und 50 jeweils eine gewünschte Ausgangsspannung entwickelt werden. Die Art und Weise, in der der Schaltkreis arbeitet, ist identisch der gemäß Fig. 6.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung für die Erzeugung einer stabilisierten Ausgangsgleichspannung. In dieser Schaltung ist eine Induktivität 52 des beschriebenen Typs mit ihrer Eingangswicklung 53 an eine Wechselspannungsquelle 54 angeschlossen. Eine Lastwicklung 55 ist einem Kondensator 56 parallel geschaltet, so daß ein Schwingkreis gebildet wird. Eine Ausgangswicklung 57 ist transformatorisch mit der Lastwicklung 55 gekoppelt; ihr Ausgang wird durch einen Vollwellengleichrichter 58 gleichgerichtet und der Last 59 zugeführt. Falls erwünscht, kann natürlich ein Filternetzwerk zwischen den Gleichrichter 58 und die Last 59 eingeschaltet werden. Die Arbeitsweise der Schaltung gemäß F i g. 8 ist identisch der nach F i g. 6, d. h., der Schwingkreis 55, 56 erzeugt eine Wechselspannung konstanter Amplitude. Diese Ausgangsspannung wird auf die Ausgangswicklung 57 transformatorisch gekoppelt und wird mittels des Gleichrichters 58 gleichgerichtet und der Last 59 in konventioneller Weise zugeführt. Falls erwünscht, könnte der Gleichrichter 58 direkt mit dem Schwingkreis verbunden werden und damit die getrennte Ausgangswicklung eliminiert werden. Falls erwünscht, kann eine Vielzahl von Ausgangswicklungen für die Lieferung unterschiedlicher Spannungen vorgesehen sein.

F i g. 9 stellt einen Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandler dar, der eine Anordnung gemäß der Erfindung verwendet. Hier ist die Induktivität 60 dss beschriebenen Typs mit ihrer Eingangswicklung 61 an den Ausgang eines gesteuerten Siliziumgleichrichterschalters 62 angeschlossen, der von einer Gleichspannungsquelle 63 gespeist wird. Die Lastwicklung 64 der Induktivität ist einem Kondensator 65 parallel geschaltet, um einen auf die gewünschte Ausgangsfrequenz abgestimmten Schwingkreis zu

bilden. Der Ausgang des Schwingkreises ist an eine Last 66 angeschlossen. Im Betrieb zerhackt der gesteuerte Siliziumgleichrichterschalter 62 den Ausgang der Gleichspannungsquelle 63 mit einer Frequenz gleich der Frequenz, auf die der Schwingkreis 64, 65 abgestimmt ist, so daß sich eine Rechteckwelle dieser Frequenz über der Eingangswicklung 61 ergibt. Der Betrieb des Schalters 62 muß so gewählt werden, daß die Rechteckwelle eine Wechselspannung ist, d. h., daß sie sowohl positive als auch negative Halbschwingungen zeigt. Wie oben ausgeführt, ist die Ausgangswellenform des Schwingkreises 64,65 unabhängig von der Wellenform des Signals, das der Eingangswicktung 61 zugeführt wird. Dies gilt selbst dann, wenn das der Eingangswicklung zugeführte Signal eine Rechteckwelle ist, erzeugt z. B. von einem gesteuerten Siliziumgleichrichterschalter 62. Infolgedessen ist eine im wesentlichen reine Sinuswellenausgangsform der erwünschten Frequenz zu erzielen.

F i g. 10 zeigt eine Frequenzanwandleranordnung. In dieser Figur ist die Induktivität 70 des beschriebenen Typs mit ihrer Eingangswicklung 71 an den Ausgang eines gesteuerten Siliziumgleichrichterschalters 72 in der gleichen Weise angeschlossen, wie es in Fig. 9 der Fall ist. Ein konventioneller Transformator T ist mit seiner Primärwicklung 73 an den Ausgang einer Wechselspannungsquelle 74 irgendeiner vorgegebenen Frequenz angeschlossen. Die in der Sekundärwicklung 75 induzierte Spannung wird durch Dioden 76 und 77 gleichgerichtet, durch den Kondensator 78 gefiltert und dem Eingang des gesteuerten Siliziumgleichrichterschalters 72 zugeführt. In einigen Fällen braucht nicht notwendigerweise die Eingangswege gleichgerichtet zu werden, bevor das Zerhacken stattfindet, insbesondere, falls der Eingang oder die Trägerfrequenz wesentlich höher ist als die Zerhackerfrequenz. Wie im Fall der Fig. 6 ist eine erste Lastwicklung 79 parallel einem Kondensator 80 geschaltet, um einen auf die gewünschte Ausgangsfrequenz abgestimmten Schwingkreis zu bilden. Eine zweite Lastwicklung 81 ist für die transformatorische Kopplung mit der Wicklung 79 gewickelt, und die Last 82 ist über sie geschaltet.

Die Schaltungsanordnung arbeitet ähnlich wie die nach Fig. 9. Der gesteuerte Siliziumgleichrichterschalter 72 ist so eingestellt, daß das gleichgerichtete Signal vom Transformator T mit einer Frequenz zerhackt wird, die gleich ist der gewünschten Ausgangsfrequenz. Die Wechselspannungsrechteckwellen, die so erzeugt wurden, fließen durch die Eingangswicklung 71 mit dem Ergebnis, daß der Schwingkreis 79, 80 gepumpt wird, in der Art, wie sie oben beschrieben wurde, und über der Last 82 liegt eine stabilisierte Ausgangsspannung.

Die Frequenzverdopplung kann bei den in Rede stehenden variablen Induktivitäten durch Aufdrücken einer geeigneten Vorspannung auf den Kern verhindert werden, welche Vorspannung eine Höhe haben muß, die genügt, um den Nulldurchgang des die Induktivitätsänderung hervorgerufenen Flusses zu unterdrücken. Eine solche Vorspannung kann auch in Verbindung mit der Erfindung angewandt werden, doch muß im Falle ihrer Anwendung die Pumpfrequenz wie in den konventionellen parametrischen Anordnungen doppelt so groß sein wie die Ausgangsfrequenz. Die Anordnung gemäß der Erfindung behält dabei ihre sonstigen Vorteile bei, wie den Vorteil der hohen Leistungskapazität.

Im vorstehenden ist der Ausdruck »Wechselspannung« oder »Signal« häufig verwendet worden, doch bedeutet dies nicht, daß ausschließlich »Sinuswellensignale« gemeint sind, sondern der Ausdruck soll in seinem breitesten Sinne verstanden werden, nämlich als Ausdruck für eine Wellenform mit zyklischen positiven und negativen Halbschwingungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Amplitudenstabilisierung der Spannung einer Wechselstromquelle, bei der die stabilisierte Wechselspannung an den Klemmen eines eine- nichtlineare Induktivität und eine Kapazität umfassenden Parallelschwingkreises abgreifbar ist, gekennzeichnet durch eine von der Wechselstromquelle mit der unstabilisierten Spannung gespeiste Einrichtung, derart, daß die Energie zum Ausgleich der Dämpfung des Schwingkreises einschließlich der durch eine äußere Belastung bewirkten Dämpfung durch parametrisches Pumpen der Induktivität in den Schwingkreis eingespeist wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Induktivität einen Magnetkern mit zwei Jochen aufweist, auf denen je eine Wicklung angeordnet ist, welche magnetisch voneinander entkoppelt sind und von denen die eine mit einem Kondensator zur Bildung des Parallelschwingkreises zusammengeschaltet und die andere an die Wechselstromquelle angeschlossen ist, und daß die Joche über vier räumlich voneinander getrennte Schenkelbereiche miteinander verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Wechselstromquelle (12) angeschlossenen Wicklung (11) ein Kondensator (13) parallel geschaltet ist (F i g. 4).

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Belastung (27) parallel zu einem Teilabschnitt der im Schwingkreis liegenden Wicklung (25) angeschlossen ist (F ig. 5).

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Belastung (36, 48, 59, 82) an eine dritte, mit der im Schwingkreis liegenden Wicklung (33, 43, 55, 79) transformatorisch gekoppelte Wicklung (45, 57, 81) angeschlossen ist (Fig. 6 bis 8, 10).

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren äußeren Belastungen (48 bis 50) je eine transformatorisch mit der im Schwingkreis liegenden Wicklung (43) gekoppelte weitere Wicklung (45 bis 47) zugeordnet ist (Fig. 7).

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Belastung (59) über eine Gleichrichteranordnung (58) mit der dritten Wicklung (57) verbunden ist (Fig. 8).

8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform der Spannung der Wechselstromquelle rechteckförmig ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Zerhacker für die Erzeugung der Rechteckwellenform aus einer Gleichspannung (Fig. 9,10). 6ü