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Wechselrichter.
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Ein sehr wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Verwendung eines
Transformators, der eine spezielle Gestaltung aufweist, wobei ein Kern aus einem
magnetischen Material vorgesehen ist, der ein Paar äußere Abschnitte aufweist, die
die Primarwicklungen aufnehmen und einen mittleren Abschnitt, der die Sekundärwicklung
aufnimmt, wobei ein Paar magnetische I9ebenschlußabschnitte zwischen den äußeren
Abschnitten und den Mittelabschnitt vorgesehen ist, um einen magnetischen Flußweg
zu bilden, der die Primärwicklungen unabhängig von der Sekundärwicklung verbindet
und um ebenfalls einen magnetischen Plußweg für die Sekundärwicklung zu bilden,
der nicht die Srimärwicklungen verbindet.
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illit dieser Ausbildung werden harmonische Spannungen im Ausgang in
wirkungsvoller Weise unterdrückt und zwar wegen der magnetischen Nebenschlußabschnitte,
die es ermöglichen, daß der Magnetfluß mit harmonischen Frequenzen durch den hauptflußweg
hindurohfließt, ohne eine Verbindung mit der Sekundärwicklung zu haben Demzufolge
treten die harmonischen Spannungen lediglich an den Primärwicklungen auf und dies
dies
ist ein sehr wünschenswertes PIerkmal, da die Spannungsquellen, die Rechteckwellen
abgeben, nicht schwer belastet sind.
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Die spezielle Gestaltung des Transformators weist ferner den Vorteil
auf, daß eine wirksame Strombegrenzung im Ausgangskreis erreicht wird.
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Die Erfindung umfaßt w-eitere seele, Merkmale und Vorteile, die in
der folgenden, ins einzelne gehende Beschreibung in Verbindung mit den Figuren der
Zeichnung erläutert werden sollen.
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Das technische Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, umfaßt
eine Wechselrichterschaltung, die wirksam ist, um eine im wesentlichen von Oberschwingungen
freie Sinuswelle zuzuführen, wobei dieser Weohselrichter vergleichsweise einfaoh,
kompakt und leicht ist, außerdem sehr wirksam ist und in einfacher Weise zu steuern
ist und zwar entweder manuell oder automatisch. In den Figuren der Zeichnung ist
schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches
elektrisches Schaltbild einer Wechselrichterschaltung gemäß der Erfindung, Fig.
2 eine Vorderansicht eines Transformators, der in der in Fig. 1 dargestellten Niechselriohterschaltung
verwendet wird, wobei die Gestaltung einer Blechkernbaugruppe des Transformators
gezeigt ist und die Anordnung eines Paares von Primärwicklungen und einer Sekundärwicklung
auf diesem Blechkern, Fig, 3 eine graphische Darstellung eines Paares von Tastpulsen,
die der Wechselriohtersohaltung zugeführt werden und eines Paares von Rechteckwellen,
die einem Paar Primärwioklungen bei leichter Belastung zugeführt werden, Fig. 4
Fig.
4 eine graphische Darstellung eines Paares von Tastpulsen, die den Wechselrichterschaltungen
zugeführt werden und eines Paares von Rechteckwellen, die den @rimärwicklungen bei
schwerer Belastung zugefiihrt werden und Fig. 5 eine Wecllselrichterschaltung, die
in der Fig. 1 dargestellten Schaltung verwendet wersen kann, um Rechteckwellen zu
erzeugen, die den Primärwicklungen eines Transformators zugeführt werden.
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Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Mit 10 ist ganz allgemein
eine Wochselrichterschaltung bezeichnet, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist
und die dazu bestbft ist, einen Gleichstrom, der von einer Batterie 11 zugefährt
wird in reinen Wechselstrom umzuwandeln, der einer Last 12 zugeführt wird. Die Wechselrichterschaltung
ist vergleichsweise einfach und leicht, jedoch in hoham Maß wirksam. Zusätzlich
arbeitet diese Wechselrichterschaltung derart, daß eine, von Oberwellen freie Sinuswelle
zugeführt wird und dr Ausgang dieser Schaltung kann in einfacher Weise entweder
manuell oder automatisch gesteuert werden.
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Die Last 12 ist mit der Sekundärwicklung 13 eines Transformators 14
verbunden, der ein Paar Primärwicklungen 15 und 16 mit Mittelabgriff aufweise. Die
Mittelabgriffe sind über einen Ein- und Aus-Schalter 17 mit dem positiven Anschluß
der Batterie 11 verbunden. Die Endanschlüsse der Primärwicklung 15 sind mit den
Anschlüssen 19 und 20 eine ereten Wechselrichters 21 verbunden, während ein zweitc-r
Weckselrichter 22 Anschlüsse 23 und 24 aufweist, die mit dem Endanschlüssen der
Wicklung 16 verbunden sind.
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Die Anschlässe 25 und 26 der Wechselrichter 21 und 22 sind mit dem
negativen Anschluß der Batterie 11 verbunden.
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Die
Die Wechselrichter 21 und 22 sind wirksam, um
Rechteckwellen den Wicklungen 15 und 16 zuzuführen und die relative Phase dieser
Rechteokwellen wird gesteuert, um den richtigen Ausgang in der Sekundärwicklung
13 zu erzeugen.
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Um die Wechselrichter 21 und 22 zu steuern, ist eine Tastpulssclialtung
28 vorgesehen, die Tastsignale den Eingangsanschlüssen 29 und 30 des Wechselrichters
21 und den Anschlüssen 31 und 32 des Wechselrichters 22 zuführt. Die Tastpulsschaltung
kann automatisch durch ein Signal gesteuert werden, welches dieser Schaltung von
den Ausgiingen einer spannungsempfindlichen Schaltung 33 und einer stromempfindlichen
Schaltung 34 zugeführt wird. Die Eingangsanschlüsse der spannungsempfindlichen Schaltung
33 sind parallel zur Sekundärwicklung 13 geschaltet und die Eingangsanschlüsse der
stromempfindlichen Schaltung 34 sind an einen Wi3erstand 35 angeschlossen, der in
Serie zwischen der Sekundärwicklung 13 und der Last 12 liegt.
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Eine wesentliche Komponente der Schaltung ist ein Kondensator 36,
der parallel zur Sekundärwicklung 13 geschaltet ist. Der Kondensator 36 hat einen
derartigen Wert, daß dieser mit der effektiven Induktanz der Sekundärwicklung 13
zusallmenwirct, um bei der gewünschten Betriebsfrequenz einen Parallel-Resonanzkreis
zu bilden. Die effektive Induktanz der ;icklung 13 wird gemessen, wenn die Primärwicklungen
15 und 16 kurzgeschlossen sind.
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Im Betrieb werden die Rechteckwellen, die in den Primärwicklangun
15 15 und 16 erzeugt werden, bezüglich der Phase derart gesteuert, daß eine gerade
ausreichc-nde Erregung dem abgestin ten oder Resonanz-Sekundärkreis zugeführt wird,
um die Lastverluste zu ergänzen, wenn die Ausgangsspannung den gew@nschten Wert
hat.
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In
In Fig. 3 sind graphisch die Rechteckwellen 39
und 40 dargestellt, die den Primärwicklungen 15 und 16 zugeführt werden und zwar
bei leichter Belastung. Die Rechteckwellen 39 und 40 sind hauptsächlich phasenverschoben,
um für die Primärwicklungen 15 und 16 einen äquivalenten Eingang, genommen als Ganzes,
zuzuführen, der kurze positive und nega-tive Pulse aufweist, wie es graphisch durch
die Welle 41 angedeutet ist. Während des Zeitintervalls t0-t1 haben beide Rechteckwellen
39 und 40 die gleiche Amplitude, Eine ist jedoch positiv und die andere ist negativ
und deshalb ist das sich ergebende Signal, welches den Primärwicklungen 15 und 16
zugeftihrt wird, als Ganzes Null. Zur Zeit t1 ändeF die Rechteckwelle 40 ihre Polarität
und fällt r1it der Rechteckwelle 39 zusammen. Dadurch wird ein äquivalenter Eingang
den Primärwicklungen 15 und 16 zugeführt, der als Ganzes die Form eines kurzen Pulses
41 hat.
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Fig. 4 zeigt graphisch die Rechteckwelle 39 und 40, die den Primärwicklungen
15 und 16 bei einer schweren Belastung zugeftihrt werden. Die Rechtecl.wellen39
und 40 sind nun im allgemeinen in Phase, um einen Eingangspuls 42 von verhältnismäßig
langer Dauer in den Primärwicklungen 15 und 16 als Ganzes zu erzeugen. Die Arbeitsweise
während der Zeitabschnitte to-t1 und t1-t2 entspricht der im vorstehenden beschriebenen
Arbeitsweise.
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Ein sehr wesentliches merkmal der Erfindung ist die Konstruktion des
Transformators 14, die schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Die primärwicklungen
15 und 16 und die Sekundärwicklung 13 sind auf einer gemeinsamen Bleohkernbaugruppe
45 montiert. Die Primärwicklungen 15 und 16 sind auf der Kernbaugruppe derart angeordnet,
daß sie eine gleiche Gegeninduktivität mit der Sekundärwicklung 13 haben.
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haben. Ein mgnetischer Nebenschluß 46 ist dicht bei der Primärwicklung
15 und er Sekundärwicklung 13 angeordnet, während ein magnetischer Nebenschluß 47
dicht bei der Primärwicklung 16 und der Sekundärwicklung 13 angeordnet ist.
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Es ist zu erkennen, daß die Sekundärwicklung 13 eine Zuordnung zu
den Primärwicklungen 15 und 16 und den magnetischen Nebenschlüssen 46 und 47 hat.
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Die magnetischen Nebenschlüsse 46 und 47 schaffen einen Manetflußweg
sowohl für die Primärwicklungen 15 und 15 als auch eine Magnetflußweg für die Sekundärwicklung
13.
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Durch diese magnetischen Nebenschlüsse 46 und 47 ist mit dem Transformator
14 sowohl eine Strombegrenzung als auch eine Unterdrückung von Oberwellen möglich.
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Die ßtrombegrenzung erfolgt dadurch, daß ein Paar von parallelen Nagnetflußwegen
gebildet wird, die durch die Linien 48 und 49 für die Primärwicklung 15 dargestellt
sind und ferner ein Eaar von parallelen Magnetflußwegen, die durch die Linien 50
und 51 für die Primärwicklung 16 angedeutet sind0 Wenn die Last 12 zu grob wird,
wird lediglich der Abschnitt des Transformatorkern, der von den Plußwegen 48 und
50 beaufschlagt wird, gesättigt, wobei die Flußwege 49 und 51 mit hohen magnetischen
Widerstand im wesentlichen nicht beeinflußt werden und dadurch wird der Strom inden
Primärwicklungen 15 und 16 begrenzt.
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Eine Unterdrückung von Oberwellen wird ebenfalls durch diese neuartige
Gestaltung erzielt. Durch die niedrige Impedanz des Kondensators 36 gegenüber Oberwellenspannungen
tritt der größte Teil des Oberwellengehaltes der äquivalenten Eingangsspannung (untere
Linie der Fig. 3 und 4) an einer effektiven Induktanz auf, die von dem Magnetflußweg
weg
52 getragen wird. Die harmonischen Spannungen an einer solchen effektiven Induktanz
unterdrücken den Oberwelleneffekt des Eingangssignals und verhindern, daß der Oberwellengehalt
die Last 12 erreicht.
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Im Betrieb führen die Wechselrichter 21 und 22 Rechteckwellen 39 und
40 den Primärwicklungen 15 und 16 des Transformators 14 zu. W.ihrend des Zeitintervalls
t-t1 haben der Kagnetflußweg, der durch die Linie 53 angedeutet ist und der Kagnetflußweg
50 entgegengesetzte Richtungen und @ica hat eine Auslöschwirkung und dadurch wird
ein äquivalenter Eingang für die Primärwicklungen 15 und 16 erzeugt, der als Ganses
den Wert Null hat. Zur Zeit t1 wird die Rechteckwelle 40 positiv und der Magnetflub
50 wird in die Richtung der Linie 54 umgehehrt. Während des Zeitintr:rvlls t, -t,
sind die Magnetflüsse 53 und 54 additiv und tewirken eine Gegeninduktivität in der
Sekundärwicklung 13, die den positiven Puls 41 in Fig. 3 äquivalent ist. Zum Zeitpunkt
t wird die Rechteckwellc 39 negativ und dies bewirkt, daß der Magnetfluß 53 in die
durch die Linie 43 angedeutete Richtung umgekehrt wird. Während des Beitintervalls
t2-t3 befinden sich die Magnetflüsse 48 und 54 in entgegengesetzten Richtungen und
dies hat eine Auslöschwirkung; und es wird ein Eingangsäquivalent vom Wert Null
erzeugt. Zum Zeitpunkt t3 wird die Rechteckwelle 40 negativ und dies bewirkt, da
der Magnetfluß 4 in die Richtung der Linie 50 umgekehrt wird. Während des Zeitintervalls
t -t4 sind die Magnetflüsse 50 und 48 additiv und bewirken eine Gegeninduktivität
in der Sekundärwicklund, die dem negativen Plus 41 in Fig. 3 äquivalent ist.
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Zum Zeitpunkt t4 wird die Rechteckwelle 39 wieder positiv und dies
bewirkt, daß der im vorstehenden beschriebene Betriebed eich selbst wiederholt.
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Fig. 5
Fig. 5 zeigt einen typischen Aufbau der Wechselrichterschaltung
21, die verwendet werden kann, um die Rechtackwelle 3@ zu erzeugen. Ein Paar gosteuerte
Siliziumgleichrichten 54 und 58 weiser Kathoden auf, die mit einem gemeinsa@@@ Anschluß
29 verbunden sind. Die Anoden dieser Gleichrichter sind mit den Anschlüssen 15 und
20 verbunden. Die Anschlüsse 19 und 20 sind ebenfalls mit einem @@schaltkondensator
60 verbunden und @it den Kathoden eines @@ares von Gleichrichtern 61 und 62. Die
Anoden der Gleichrichter 61 und 62 sind mit dem Anschluß 25 einer @mschaltinduktivität
@@ verbunden. Das andere Bade der @@@tivität 64 ist aem Anschluß 56 verbunden.
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In Retrie@ wird ein Tastpuls @5 (Fig. 3) zwischen den Anschlüssen
@@ und 59 angelest, dadurch der Gleichrichter @@ @iwand wird and dadurch ward eine
positive Rechteckwelle @@@ rimärwicklung 15 des Transformators 14 zuge-@@hrt, zu
einer verbesti@@ten Zeit wird den Tastpuls 65 antrebrecken und ein Tast@@s 65 wird
zwischen die Anschlüsse 60 und 5@ angelest @@ dadurch wird der Gleichrickter 5@
Zei@@@, wobei zu einer Zeit der Gleichrichter i abgeschaltet wird und zwar durch
den Schaltkondensator @@ end die Schaltinduktivatät 54 in einer Weise, wie sie bei
Festkörperwechselrichtersel altungen bekannt ist. Dadurch wird eine negative Rechteckwelle
der Primärwicklung 25 des Transformators 14 zuge@ührt.
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Die Wechserichterschaltung 22 kann die gleiche sein, wie die in Fig.
5 dargestellte, um eine Rechteckwelle 40 zu erzeugen, die der Primärwicklung 16
des Transformators.
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14 zugeführt wird.
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Der
Der Tastpulskreis 28 und die spannungs- und
stromempfindlichen Schaltungen 33 und 34 können so aufgebaut sein, wie es in Fig.
3 der USA-Patentschrift 3 181 053 dargestellt ist, wobei die spannungs- und stromempfindlichen
Schaltungen Rückstellspannungen steuern, die Magnetverstärkern zugeführt weiden,
un die relative Taktdausr von Tast-Pulsen zu steuern. Es sei bemerkt, daß andere
Tastpulsschaltungen und Spannungsfühl- und Stromfühlschaltungen verwendet werden
können.
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Patentansprüche