DE1952016A1 - Vorrichtung zur Verwendung bei statischen Gleichspannungswandlern - Google Patents

Description

Patentanwälte ' 15· OHt. 1969

Dipl. -Ing. A. Grünecker ... .'

Dr.-Ing. H. Kinkeldey
/ Dr.-Ing. W. Stockmair

Müh Mil

/
München 22. Maximilianstr. 43

P 2770 -

6. If. J. Linnman, 180 SO Akere Bund (Schweden) und P. E. C. Udd&a, 861 OO Timra (Schweden)

"Vorrichtung eur Texrrendung bei statischen G-leichßpannungswandlern"

Die vorlieEGndo Erfindung besieht sich auf eine Vorrichtung sur Verwendung bei statischen Gleichspannungsvandlern» mit einer Einrichtung &um Umwandeln einer augeftihrten GleichßpanmuiK in olAe hoohfroq.uentiß We«hael«pennung_t einem TrcnaforniQtor nu deren Obereetzung in eint geeignet· Betriebsspannung und einem Gleichrichter für die trans- £ornierto Wechsalspfanung,

Die bekannten Gleichspannungswandler werden entweder nur als Wandler oder a/a Vfandlor mit geateuertea öleichapan-

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nunßsausßaag benutzt. Die verschiedenen 5?ypan bekannter Gleichspflnnungetfandlc»? sind ,iedooh für diö Utowanälung hoher loiatungön bei Hochfrequeue won ig wirksam bzw. geeiCjnet, de. sld viol Nietung verbrauchen und nur »ehr begrenzt regelbar aind· Außerdem sind für die bekannten Wandler sehr aufwendige Bauteile* erforderlich, Beispiele« waise Selengleichrichter auf dor Solcundäraeite dee Traneforuators.

Bin Hauptziel der Hriinduns ist die Verbesserung einer Vorrichtung, vrio tsie in eier deiitochon Patentajoiaeldung P 16 5B 905»2 boschriöbcn. iat-

Τάη wichtiges Siel der i^^indung ist dio Schaffung ©inos eto'tter·* bsw. regslbo^ort Gleicl).3pasnungsvi£sndlora mit sehr r LoistU'v^jeij.ufnQhKo «ad weitern Sfceuar- baw. aogol . JJsi?ßrt-:i.go VJaK(IlQ? solion ail? geringoa Bauaufwand horatollbar und-elolr&riecli oichßr bsi/f» hochbelastbar »ein» Ugliroad'aferartigo Vfandlej?. bsispiolswsiee vortoiX» haft DOi Eattsjtiielc-.dogore.tcn" cingtaotst; v©rd6E können, eine i3£S0Mera viah-;±QQ uml güastige Anwoiidung des .,

i3,o So^iiüißoaj inobsoonto-s δεο !»icht Ben nit au^iiuaMnB*? ^3w. .tEpulobatriob* Bs?>az»tiga * verlauf sii ruigleioliBUßiß: und kpmitan in svfajl,

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rereohiodsne Betriabsp&Bseja ei&gee'uelXt worden» Wehrend der ersten !hase wird das Werkstück durch den Lichtbogen erhitet. Während der sweiten Sbase wird beispielsweise In SMktfon zugeführtes fiehweifiaateviel absohnittweis* ejesobselaen, wenn der Öra&t von Stroa durchflossen und lafalg· selztee widerstand·* «rilltet wird. Der übergang «wischen dleaezk beiden lrbeitapiiaaea let kritiioh. und •otnrlarig su steuesn. Oft erXiecht der Idohtbogen, und des sngsftDifft· ßobweiSeaterial versprüht vieliach.. 55ur Behebiug dieser Schwierigkeiten, hat man blauer In Beine oder parallel gaaebaltete induktive, resistive bsv· kapatitive Steaente vorgesehen. Derartige Bauelements sind jedoch hJtotig sehr teuer und beanspruchen viel. Fiats.

Bin weiteres Ziel der Erfindung let daher ,ohne solche Beueletaento cmazulcocaien und dabei sugleloh Gewicht sowie Toluaen der Ausrüstung ru verringern, ohne die Vlrksan· kalt bsv. den Butsef f eit der ßotwoißvorrichtung tu be-

iet boi einer Tcrrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeoehec, deß der ^ransforaatorkern bsiapiöleweioo mittels eingefügter FercansntmagaQte, oittela auis"^%3C£chter Vicklungen oder mittels eines

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Spisnnungsabfells mi einem uloiobriohtor unter β olehör Veränderung seiner- Iiagnetisiörungelcurve vorffiagnetieierbar let, daß ßöinö (Josaatpermeabilität unterhalb eines fiagnetioierungssolLwellKortes niedrig und darüber hooa let.

Bei einer Vorrichtung in einem statischen

wandler mit mindestens einer Quelle für Gleiohepanmmg, die water umwandlung in eine noohfrequente WeoheelepeA·· nuns en die Primärwicklung aiadeetese einea iCranef onaator* aneehsltbar iet, der zwx ünßpannoa der VeoaeeXepennung auf eine geeignete Co¹SBe dient« und mit aindestene einem Oleiohriobter an der Sskimdärseite des Xraxteformators ist ttor V&£lnaxm£ vorgcnahoa, O.aB mindeatens eine Schalt Inte^aittiorsndou /üiechaXten der Gleichvo^iandc-n ist und daß der $reasformatorunter Ve-eßchiGbiins ßoinor Kasnetisierungskurve in ^ vormßgnetiaiörbar ist _f daß die Gesamtperoeabilität des Ke.raa bei uatertiaXb eines bestiioxaten Wsrtea licgen^eo" Bat-eas iiei' Ksgaotiaieruas aieä3?ig_t bei

-"/erten biase^em hoch ist.

Banlr öor oriindun^ngasiäßen &a0gc.^rjtaltung iot

Lit. daß dir diirch. die ücIiGlöeinri-iJütung; der Vorrichtung Zlie-Dcrnde Strosi den Verlauf oineß im wesentlichen

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V/ellGnsugea erhält» PUr den Qleiehspsnnungs-» waudloz· nach dor Srfladung sind keinerlei Schnollgloiohrichter odor aufwendige !leistungsschalter erforderlioh» Außerdem Kann der erflndungageaäSe Wandler durch Euraschließen des Ausganges nicht beschädigt bev» gerstdrt werden. Sie Vorrichtung nach der Erfindung emSglloht es nicht nur, Schwaißgeräta mit verringertem Gewicht und Volumen zu schaffen, sondern hat auch wesentlich verbesser te Slgcmechaften, dio neue, vorteilhafte Sohweißmöglich- k&iten eröffnen. Beim Xdchtbogenaohwelßen der obenerwähnten Sivt lot während dor ersten Betriebsphase eine verbültp.iamafiis hoho Spannung ^von dar GröBenordnung SOV und oln v^rhältari.ssiüßie niedrig&r Strom von etwa 150A erf or* dorlichf w£Uü?cnd für die zwoiito phace ein hoher Strom von OtTJR 5001 imd ©ins nieörigo Spannung von etwa 5V be* nötigt vroraön, VXq Belastbarkeit der srfindungsgemäBen Vorr?ichtuns ibt diesen Mfordörungen gut augopaßt, so <är.£ -aiö Vorrichtung für öoliwelßvoigäage der genannten 'fc beaDn<lS3?ö gut; geeignet ist·

Mo TorL'iaßnotißiesr^ug ßas SDfiäaformator&erns lcann in ■ vorschiotTonar Waise eraiclt werden, beiapioluwoiae mit*· tels P.D2naa2ieni53ia£saötien, dio einen Sestandtäil des Eex^ns bilden ^ cder durch darauf- aufgebrachte Wicklungen. Durch dor VorGtagaeiiisiorttng des iranofonaatorkems

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läßt sieb die Ausgangsleistung des Wandlers bequem steuern bay· regeln.

Gemäß einer J&taftihswagöform der Erfindung kess die Vormagnetisierung des Sfransfortastorlzorne ohne Penaflhöatmagae bzw. besondere Wio&lungen bewirkt werden, indem sen eine Drosselspule und einen Gleichrichter benutsrt, die Bit der Primärwicklung weaigotens eines Sreneformatora eine Reihanschaituüg bilden, wobei der ßpaimuageabfall am Gleichrichter den Yormagnetieierungsstrom flieSen läßt. Ein besonder or Vorteil dieser Ausführungeform besteht In der Plats- bßv;. Voliiznatieincpanins beim Srensf oroatorkern« da die Vormaguetißicrußgewicicluagön entfallen· Barübea?- Maaus ist die iiUBgangaleiöttmg dsr Vorriohtuns bequem 3?θββ1· bgw.

einem wpiSraren Horclaaal dor Erfindung kenn zu jeder

sw^iss? •j?i»aßefo.x'iaatoron ein Schalter in 'liegi>n_tuaä diese Schalte:»? teözmoaίοι!δ einer Rg von ott-m Ί8Ο⁰ «uöinaaidör betätig * bsw

Weiter© Herknale imd Torteil© der Erfindung ergaben sich aus der '--geigenden Baßchreibutig von AuBfübrungsboiepielen. anhand der ßeicbiams. Jösyin

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Hg» 1 »in Erintipaoheltbild eines erfin&ingsge·» • *I£en, einen Transformator ausweisenden etatieehen

fig» 2 eine abgewandelt* AuftfOhrtmgeforai «it gegen· über 3KIg. 1 geänderter Sckaltmige«aordimng ' «of dor S«kund£reeite dee Tranaforeatpre,

tig« 9 tin PrinslpsohaltbiXd einer weiteren ins« • führungsfora,

fig. 4- Ittagpeaae ait dem seitlichen Verlauf verschiedener Ctoöfien bei einer Vorrichtung naeh Wg. 1,

fig» $ fiiagraaae sit dem seitlichen Verlauf von Spannung und Strteen bei Vorrichtungen ge* näß Hg. 2 und 3i

Fig. 6 eiu Schaltbild einer Sicherheiteetufe für .Vorrichtungen gemäß den SIg. 1 biß S₉

Jig« ,7 DiagrexB&d alt dem seitlichen Vorleuf rerochie· dener Größen "bei einen Gleichspannungswandler «it .voraagnetieiertem ^ansfonsatorkern,

Fig. 6 HagnetisiGrungakarTun für voraagaetiaiertFe und unmagnetieierte Kerne,

Fig. 9 u&d 10 Trersohiedene Anordnungen für die Vor« ■agaetieierung eines

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Fig. 11 eine abgewandeltα ^aBfühzimgsfonti des foriaatore bei den Wandler» ges&S SIg. 1 bis 3»

Fiß. 12 eis Prinsipflclialfblia einer anordnung mit einer susätElic&ön

m ,

. Ί3 oin Schaltbild einer AuofÜhrungsfora gemäß üg. 12,

. 14-. Siagrasme 'mit dem seitlichen Terleuf ver-

Größen boi einer Vorrichtung ge-Fig. 15 lind

. 15 ein Schaltbild noch einer weiteren Ausführunge- io.cm Qinasa et&tisclien

Di© in Fig. 1 dDrsesüollto Schaliiingsanordaung ist e«m Anßcliluß ß^i oiae üv.Ses·© %ajinunßßou9lle U₀ vorgesehen weiflt ©inon i'ransforciator 071 nit einer Srinlirwicklung S1 und ainor Sekuixä&rwiclclimg 32 auf. Ein Kondenßafcor 11 iflt l an den ifesGQforaiatOL¹¹ 21 aasoschloasön, der oei-

iß ßoilJÄ mil; .oinoa? 3oJict.ltoinriohtuss verbunden ißt. welche bei dicacr /aiaiiibi.'UiissfoJTn von einem 2ra»exfltor QI gebildet ict. ßio Basic das Ti?ansiötar£) QI ist en die Salamdärwicklimg S?. oinos ev/eiton ffraasfonaatore ■5?2'e2igeöChJ.osson,. aocseii Primilrwio-klung J31 an eine (in

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dor 2eiehnung nicht; dargestellte) fiußere Sfriggerechaltung herkömmlicher Art angeschlossen ist· Die Auegangaspannung des Siransf ormatore Φ1 wird mittels eines Diode BI gleichgerichtet und mittels eines Kondensators Ca sowie einer Prossolepule LI

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 arbeitet wie im folgenden anhand der Fig. 4 beschrieben« Im Zeitpunkt 1 er« hält der £r ausin tor Q1 seinen Baßigßtrom aus der Sekundärwicklung 82 dea Tronof ormators T2 und wird dadurch leitend. Es fließt dann ein Strom I₀ durch die £pim8rwiok~ lung SI dos SfcaneuosmatosNB £1, und dieser Strom nimmt

BM₉ vre.i.l der Sransformatoricern im nichtgosättiß-EGro:lch ai'hoitot. Sum Kc^tpiinkt 2 wia?d der Traneietor i>1 nichi/leitond mid dor Kollnktoratroß hört kurz danaoh' auf. Mo von dor PritiiMrHioklung des {ßranaforaatorB Φ1 g©MIdOtQ Xndukt:britäl: beuir&t Jedoch, daß ein Strom Ig^ · :a\ dcx* I?.3iLvaaschali;ims fließt, die von dem Kondensator C11 und dor KeimUrwlokluns S1 gebildet ist_f wodurch aST Kondensator C11 im Zeitraum zwischen Zeitpunkt S und SSeitpunkb ρ aufsölßäen wird. Dor Eondeneator (Ϊ11 verhindert auch, daß während des Abnehmona des Kollektoretroms 2iv:iaohf;n Kollektor und Emit ;;or üborapannungon auftreten, die sux· 3o»stönins de© !Dranßiötors3 QI führen wurden» Zwischen don Söitpunkfcen 2 und 3 iladart sich· die Polarität

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der an der F.ciaüruicicluns SI li©s©ndsn ßpannuag U^, die ihron sieäuig&t&n VJo:,?* mm Zeitpunkt 5 erreicht. In diesen Augenblick ist die Spannung an der Sekundärwicklung BZ dee. Xranafor&ators SI gleich der em Kondenaator 02 anliegenden Spannung, so daß die Diode SI is Durohlaßriohtung -rorgespannt wird und der Strom I^ sa fließen beginnt· Per durch die Flußänderimg im Transformator be« dingte Strom, der zuerst den Kondensator C11 autlud« fließt min ?.u dem am Ausgang des Wandlers aagescaloseenen Vorbrauohoi. Auch au dieser Zeit verhindert der Ecndeneator C11 Übarspaonungen an transistor QI. Eine solche Ober* oparmung νίτά durch dia Mgeninäuktivität der Primärwicklung 31 oi»3©\igt und ist beispielsweise auch herabsetsbar ..mittels öinor Diode" 96 «nd öinos Kondensators 05 (üg.6)· Pie von tie» JFrimäniicklußs 31 abgegebene Eüargie wird 'dann im'-ISondenoator C? .gospoiohort, der ober oinen Widerstand El oder eine--andoro geoi@iot3'-.£htladevorriciitung₉ b©iöpiülBwoiaö eine Zeaerdiocle, eatladen wird. Me in jag« 6 dargDßtollto Falijunseanoröaung kann ait Vorteil bei fan WsMlern gemäß irgendeiner· luoiähriuigsform nach Fig. 1 bis 3 benutzt %/orden. Das u'DsraotzungSTorh&ltnie 0wisoh.en der ifrimiir« und der Scliuniäi-'rilcklmis des 3Jrensforaatoro OH ist durch die gewünschte Bstriebsspennung dos iEranaf ormetors und dio AxisgsngaspancAmg der Sekundär« wicklung £2 bestimmt.

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Die in Xransf onsatorkern sswlschen den .SSeltpumfcton Λ und 2 gespeicherte magnetische Energie wird im Zeitraum swi~. sohen den Zeitpunkten 2 und 4 abgegeben· Im Zeitpunkt 4-beträgt der Strom duroh die Sekundärwicklung S2 und die Diode 01 Kali, «eil aber diese Diode nioht eof ort abge* - iohaltet wird_t ändert der Strom seine KLöattang und fließt surQek duroh die Diode DI sowie die Sefeundlrwioklung SS₉ 'bit die Diode savfiokgespanat ist und sperrt« Während des Zeitraumes, in dem ein Bttekstrom durch die Diode* DI fließt« tritt an ihr ksia merklicher Spannungsabfall auf, so daß die entsprechenden Terluete vernaofeläseleibar sind. Dies trägt dasu bei« die Wirksamkeit bsw« den Hut&ef fekt dea erf indungssomtieen statlsohen Gleichepennangevandlere gegenüber horkosialiohen Ausführungen eu steigern.

In Zeitpunkt 4 beginnt dio Schwingung eines LC-Sehwenkkreises, wodurch dio Polarität das Sran&foxmators verändert' ifird. DIo SapnzltUt C wird dabei vogl Eondsnsator C11 und dio Induktivität Xi von. dor Primärwicklung S1 gebildet. Je raeclisr diese LO Sciliuinguc^oanregung erfolgt, utjao besser lacaou sich. Transformator und Xransietor aus nut son, weil die Zoit-, wluirend welcher dieao LC-Sckiiir.-gung auftritt, öle "wirlsungslose Zait¹- betrachtet werden kanu» da daboi keine Energie tibertragen uird. Die Schwingung xrird jedoch daäureh bosclilounigt, daß magnstische

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— Vd. ^

Saergia im i&?anaioi?aaöor gccpeichorfc war» als der Strom durch dio HiodG m susückf loß· Sine longeam· gleichrichtende Diode isfc infolgedessen vorteilhaft, anstatt von Nachteil zu sein« Anders Kb'gliohkaiten aur Beschleunigung dee Polaritätswechsels am iraneformaüor SI werden weiter unten erläutert»

Ist die ißeansf ormatorspsnaung gleich der Speisespannung V_Qt bo beträgt die Kollsktor-Emitljer-Spennuns des Tranaiotors Q1 Hull und dor urensietor kann infolgedegsen in den leitonden Zustand gelangen, oline daß irgendwelche kritlsakon Art>eitßpunkto durchlauf en werden, Ein Arbeite« apiel wird dadurch boondst und ©in nouer Syklus beginnt.

Ist der SpenuimgGwoxt· am ^rfroiißforniator 5M sum Zoitpun&t Q- niedriigor alo die Speiseopejamms ü_Qt dann kanu die Aiaplitnide der LG-Schwingims nicht oo groß es ©in, daß die Kollektor-Sraittor-Spcmirang dec ^ranslatora Q1 -Hull wird» Da Jedoch die Biodo 331 langnam onapri(5ht, trägt dies daau. boi, die 0^1 dei· ficlivn.jjg'ins bctailigte Eaergie uact iarolgedessaa .die ßc!y.;:⁵.asun.ßcrnp3.itude εηι erbölien. let diesö /nplitrucL© ßo groß. d«S ara iranaistor Qf! ein© negafcivo KollpktCJP-Esiit'tBJe'-SpsniLUng auftritt, eo wird sum Schufcs des Q-rcnf.:i.oi;cLⁱ3 jöuaclr-viäSiß oinis Diode B^ zwischen·« tst (j?ig. 1). Ein© snäero Mögfliehkeit, Uta den

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ironflistor. QI gegen elnea negativen Kolloktorotrom zu sehtitsen, ist die Beihenschalfcung einer Diode D* mit dem Traue.Lotoi* QI_t was öbenfalla dasu beiträgt;« die Richtung des äie Epim&wickluns SI durchfließenden Stromes etwa sur Zeit 1 baw. 4 zu verändern. Dies beruht derauf, daß die Spannung U^ on der Erimärwicklttng S1 in diesem ?aXl größer sein kenn als die Speisespannung U₀. Ba* Aneohließen der Diodo D5 bat diese Bosohlounigungswirkuns nicht.

Hg. 2 und 3 soigen svei ültnlichG riofchodon, um eine lang-* π Qiao Terdndorung der Frimärspannung Ug₁ rv/isohon den

2 und 3 su oriäielen, wie dao in Ag. 5 dar-. Pie Sp&nnung&änderung wird mittels straler

C13 b:ö·;·. 013 abgesohw&oht, die der Dämpfung iit vjelclio dar Kondensator 011 l>öi der Anord- ^omüfi Fig. 1 bo^irki;. Sin Unterochied bestoht je-» öarän_t daß "ooi öqj? .Anordnung ßöiailß KLg. 2 und 3 der So'oilßiißaijoi» äm'chtl:5.Gßoa&s Stroin auoh durch die Tj2 f.lisßt. tüberdies imtorscliaidet ©ich der Span« nach S¹Ig. 1 -von aea Ausführungsfornien ge-Piß, 2 odor 3 dadurch, da0 flor die Kondensatoren 012 bav/. ö1i5 ίτίΰιτοηά döo 3Qit?x'anffiiea ^fischon 25aitpunkt 4 und 'äoX-upiYäkt 1a durchfließonde Ötron öina weitore Diode und ein© Bjioaaölapulo 3^2 durehiließt· Heß hat aur

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, daß bsi ΰοη Wandlern naoh SIg. S und 3 der sistor Q1 bereits sum Seitpunkt 4 leitend wird und dadurch eine sofortig änderung de? Tranofoiaatorpolaritüt be~ wirkt, ohno daß eine überlast durch die Kondendatoren 012 baw. 01$ uud dem Sransistor Q1 erzeugt würde· Der Strom wird nämlich durch die Brosaelapule L2 begrenzt·

Die Spule Id und de? Kondensator 02 la den Anordnungen gemüß ]?ig. 1 bis 3 dienen als filter sum Glätten dea

Slopes Filfcor ißt jedoch für die doa Spannungs^andlere nicht; erforderlieh. Dor Ausgang kann jait odo^ oiine H!tor unmittelbar an ein ο Batterie angcachlosaen worden odor bot oiner ScliwOiß oinj?icia-fcuns -oinen Lichtbogen bildoa oSes? irgöndeine Eeis-

Piß, 1 ist eiiiQ ÄUQ^öär-TaiiEefayui dos ifeanaforaators ig-fc, viölchcv den 'ü^aaoiij'uor QfI nit BaQiaatrom triggßrt» Bsi* Esiiitarßü-ffom dso -&cai?.3ii3i;oi?a duixliflloSt fsine weiter© Wiclrluns'SJ^ die doa Haco.pt1;9il dsr dem Ofraasios·· mator 2ugefüT2rtoa J^ae^gio aufniistit. Bo:? franaiotor von eiaea äußeren Oasillatos? über die

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des ^rannfonaatoro Ϊ2 getriggert»

Die dU2?o3i den Wandler üb33?trasano Snorsie Scann atarlc

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gesteigert werden, laden man den Trsiigistor QT/und. doo. Tranoformator Tl noch uirlssauer oew. mit; höherem Wirkungagrad benutzt, und dleo uird bei einer wedtoren Ausfülirungsfora eines erfindungsgesiäüBen Spannungetrandlere erslelt·

8 eeigt Hagnetisierungskurven verschiedener Art an magnetischer Haterlalien eowohl im Toxaogaetieiertea ala auoh in unaagaetieiorten Zustand. Sie aagjietisciien Eigen« eohaf ten eines normalen Traaflformatorkesna aus Stahl odor einem Ferrit sind im wesentlichen durch die Fora der Kurve e wiedergegeben. Weist der Kern einen luftspalt auf, oo ändert sich der Verlauf von der Kurve & im wesentlichen SU jenem dor Burrs d. Haoh der Erfindung kann der Kern beiapielmfeiee mittolo eine? susützlichan Wicklung odor durch Einfügung oinee PcraBnontnasnotea wio in Fig. 9 und 10 gezoigt vormagnetisiort Trerden_t oder man orziolt die Vormaenetisierimg in der in Hg. 12 wad 15 dargestellten Art. Efie anGnaticchcn Eigenochei'tjca des Kesnß wcrdan dadiiissh verilndsrt »uad ea ontstehon Ilagnstisiarunsekurven nßoh ia*t dor Kurven b odor ο ia Pig. β. Dione Peraonentmagnei-wci'lcßtoffc haben negnotiGcho iSigeaschaf ton, v;ie 3ie duroL dio SOris öcr Kurven f odor & in SIg. 8 not sind. Wird ein oolclieB .Stück 2 aua aclien Material in ©inen lieicheiceakarn 1 eingefügt* wie das Hg. 9 zoigt, so ist öle Geearatpsrsisabilität doa Kerns

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niedrig,- bis.der Bafcrag dor Magnetisierung einen boßtimiaten Wert tiborselireitst und di© magnetische Energie stark zunimmt. Die Ableitung bsw. der 2?ifferentialguotient der differentiellen Permeabilität ist daher im ersten Quadranten positiv, und diese Eigenschaft ersielt man, ohne daß der Kern biß aur Sättigung magnetisiert würde· Die Kurv© h zeigt die Form des so erhaltenen Magnetlsieru&eevorlaufa.

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Aus den erwähnten Fig. A und 5 Qi&& die verochiedenen Wollenformon b®i Spctnnungswandlorn ersichtlich, die mit Kernen arbeiten, deren nagnetieoho Eigenschaften im we~ sentlioheii iler Surve d (Fig. O) ontsprechen· Ea handelt eich um normale,, nicht vorraagaetieierte Korne» die einen Ittftopalt auf%j.Gieen. Bei. derartigen Wandlern - wird nur dor lineare !sil.dor Kurve ä la Graten Quadranten benutst. Wan eriaält gIeo nap.aetici©rm?.f5s!curve. e, v/onn aan e±ii<sn Kera- uit- einem Luftspalt TorncsnotifBiert, Ein derartiger Kern -ln-önatö ebord'allG .für Spsimimgew&ndXer mit .den Arboitskeunlinieii ηεο?ι. .iMg. ^ und 5 ■ bcnutßt irerden, aoah braucht "der ICeria .r^r. halb β ο groß -.eu -nein wie im Falie der nortsalen ijr₁giie-tülsißrt?.ng0:iui'yG_t da d:lo KUVorgonßBJit© Kurve dea "dpppßlij.sji. ivit-oitcbüroich innerhalb ^:dös .ersten , Quadranten hat. Es?? Saiipt'/orfcöil aiußcr apßsiellen Aus» jiif lät it.li.ei·,- daß die Größe doß Kerne um

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Hälfte verlängert werden kenn» beispielsweise Indem ein. billige!' Pemaaaatniogaet in. den Weicheieonkern eingefügt wird.

Ein luftapaltfreier Kern mit verhältnismäßig starker Vormagnetisierung nat eine Kagpotieierungsloirve mit dem Vorlauf nach Art dor Surren ο bsw. h von Fig. 8. In diesem Pallo hat dor Spannungswandler die in Hg. 7 dergestell* ten Arboitskennlinien und die folgende Wirkungsweise.

Während de? Zunahme doa msgnetiociiön Flussee, die u&mittalldem* 2iach dQja Zeitpunkt 1 einsetzt, ist die Permaabilität dos E©2?.as niedrig· 33aß bedeutet, daß der Winkel sswi· oo&en der H-iohso-und der !-!agnetlsievmigakarve sehr klein ist. Xti diesem Se5.traus ist daher die Induktivität der PidBiävwinklims Bi niedrig-und der Strom niiamt sehr 2?aooh su» Xu Augsablicli: 1a 1).b:'g dss? HagnotioißrunssfluS eo susenoiiaaii,, üaB doi* Sera bis gu* einen Betrag magnetisiert 5.Ot₄ boi üua dio Ableitung bau. der XJifforentialquotiexit ääG.i? J-tagiiotißioyßagiSlaisvo stark ansteigt· Die Induktivi- -jät· der Vjick.\ang S1 niBimt ebenfalls au, ao.daß der Strom ■ψΐ&! lan^ofiaaor anwachst "tmd iß weaontlicJien ©inen konetöatoi."». Us:?ii ajmissat,- der'.-diirch die Stärkender Tonaaga.©» g beatisuit ist» Zvieohsa don Zeitpunkten 3 und 4

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bleibt der Strom duroh die Biode 1 ebenfalls in wesentlichen Icons tent j und erst em ϋαάο dieeea Zeitraumes geht der Strom beträchtlich surück. Xn übrigon arbeitet ein Spannungswandler dieser Ausf ührungsf opm wie oben beschrieben.

Die Ableitung b»w. dor Differentielquotient des Kollektor· Stroms swischen den Zeitpunkten 1 und 1a kann, verkleinert werden, indem man den Kern 1 mit einem nicht voraagnetieierten Soil vorsieht, beispielsweise mit einem Luftspalt 3 (Fig·-' 10), Me Voxiaagnötisiosuiag des Kerns Λ bewirkt, daß der ttranaißtor 'während des Zeiträume, in welchem von der Stromquelle Energio &n den Korn übertragen wird, mit eiacEi KoXle&torstrosi arbeitet, welcher eben unterhalb des höchsten suläQßigon Wertea Xieg-u. Der !Transistor¹ wird daher, maxiaal auegßiiutzt, %-rae sta5?k dasu beiträgt» den Kutaofiokt bsw. Wirlomgögrad dos Spannungswaiidlora zu verbecsörn und sugleicii da3 Verhältnis awloohea den Ausganssyorten und äöa B^oia dea Wandlers günstigai» su gestalten. Bio bsscliriöbönoa Aasi'üiiiUtiSßformen Bind sämtlich auch bei Kernen eaLwenäbs:·?, vrolcha dio verschiedonen Vonaagna« "öisierungaverlUiifö nach Fig. 8

Spannungswondlo? mit den ir^beitskenulinien naoh Fig. 4 und 5 lasson eich bogueu durch Veränderung der

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freouens steuern· Soll beispielsweise am Ausgang eine niedrigere Spannung bsw· ein niedrigerer Strom auftreten, so wird der Sransistor QfI so getriggert« dafi der Zeitraum swiaohen den Zeitpunkten 1 und 2 abnimmt· Denn kann der Kollektorstrott I₀ nicht den gleichen Wert wie suror erreiohexu Os* BSohststrom und der mittlere Strom durch die Mode SI werden ebenfalls vihrsnd des darauffolgenden Zeitraums swisohen den Zeitpunkten 3 und 4 kleiner aeia, was eine Herabactsung des Ausgangestroms sur Volga hat· Sin frequensanetieg bedeutet also» dafi die "wirkungslose Zelt* swisohen den Zeitpunkten 2 und 5 sowie 4 und 1 im Verhältnis su der "wirksamen Zeit* ansteigt· Sie "wirkungslose Zeit" bleibt nämlich konstant oder nimmt su, wenn die Jrequens ansteigt, was sur Verringerung der inegangswerte beiträgt* Dies bedeutet, dafi selbst ein mit den Kennlinien nach Hg. 7 arbeitender Wandler durch Sreouenstoderungen gesteuert bsw. geregelt werden konnte. £ine kleinere Steigung der. Stroakurve X swischen den Zeitpunkten 1 und 1a hat gleichfalls die Bedeutung, dafi dem Strom I_c bei hoher Rrequens nicht genug Zeit sur Verfügung steht, um seinen Höchstwert au erreichen! euch dies kann sur Steuerung der Ausgengswerte benutst werden·

Eine andere Möglichkeit sur Steuerung der Ansgangsdaten besteht darin, au Srensformator mehrere Sekandfirwicklungen

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ait verschiedenen übereetsungeverhaTknissen ansubringen, die 4(B(WGiIa an den Kondenoator C2 ode? unmittelbar an den Verbraucher über zugeordnete !Ehyrletoren angeschlossen sind. Indem man verschiedene Thyristoren triggert, läßt sich ein veränderlicher ßpannungs· bsw. Stromansgang «rslelen. Das Ifiaecnalten iwiachen den vorsealedenea Selcundär-Wicklungen kenn natürlich mittels elektromeehanlsg&er Einrichtungen erfolgen.

Der Auegang der Vorrichtung ist auch durch Pulabreitensio« dulationregel-bzw· etQuerbar« Elereu erfolgen sweckääßig eia© gewiesö «S@it nach dem Zeitpunkt 4 Elgenechwingungen bzw. Bölbaterregungen swiscken dem Tr aii α forma tor und den Kondenoatoren C11, C12 baw. C13 ßOKie Streukapasltäten. Dabei eorgt men dafür, daß der transistor QI nach dem er~ ©ten Polaritatowöciisol dos ^Sransfonsatörs nicht leitend gemacht wird· DIo Zeit, wUUrend welcher der (Craneformator »elbsterregt ist bsvr. schviingt, 1sann als "wlrlsungeloBe Seit" aageselion worden, dne aoiSt der Kittelwert dee Auegangsetromofl la sw» dar AuBgangeepazmung niramt ab, wenn die Zeit dor Eig<mßclwin©ms'b25w. Selbsterregung Im Verhältnis sur 'Srirksamon Seit" ansteigt· Zweckmäßig wird der Transistor φ denn ku einem Zeitpunkt leitend gemacht, wenn die Xranaforaatorspannung positiv imd gleich der Speieospannung V₆ ist. Der Wandler gemäß Fi^, 2 oder 5 kann

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in jedem Augenblick der Eigenschwingung bsw. Selbsterro- · gong leitend werden, oano daß eine Gefahr der Zerstörung des 3Jransißtoa?fl bestünde· Die.Ausgangssteuerung bzw. -regelung kann auch ersielt werden, indem man den Erensfornatorkern auf einen näheren oder niedrigeren Wert vormagnetieiert, beispielsweise mittels eines Permanentmagneten, einer getrennten Wicklung oder einer se lastmagnet iai er enden Wicklung nach Art von Pis· 12 und

Bei der Anordnung nach Fig· 11 weist der Xrensformator TI eine dritte Wioklung S3 auf. Dadurch wird verhindert, daß die am !transformator anliegende Spannung au negativ.wird· Hrreicht die an der Wicklung S3 anliegende Spannung den gleichen Wert wie die Speisespannung U_Q im Zeitraum swi- sdhen den Ze^^punlr.tsn 5 und 4, ßo wird die Diode D7 leitend und bewirkt eine Rückführung der im Sracsfonsator ge

zur 3p£uamrageguelle· Dadurch wird die Spaonung an den Wicklungen 31 und 62 sowie die. begrenat, uad der Translator 0Ί ist ge« .Son Üborapaiinungon gsechiitst. Nach der Erfindung kann die Spule ΪΛ bavio die WlcJclung; SJ sur verbasaerten Vöraagnetides Kerns heran^aogtm werden·

Wird e'uis Wlo&lung S5 nach. Pig. 11 bonutst₍ so kann die Diode BI (Fig* .1 - 3) durch einen Thyristor eraetst sein·

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Duron Triggorn dee fyrlstoro «u verschiedenen Augenblicken innerhalb des Zeitintervals swischen den Zeitpunkten 3 und * kenn man eine Veränderung der ittsgangswerte erzielen.

Wie sue Fts· 12 hervorgeht _t kann den Sransforaator Ti prinärseitig der Kondensator 011 und auBerdem ein· Reihensohal·» tuns parallel geschaltet sein, die aus einer Drosselspule

" 1*20 mit einen gewissen Xonenwideratand 1120 und aus einer %annungsqU0lle Έ2Ο bestellt· Diese innere Spannungequelle gibt einen im wesentlichen konstanten Gleichstrom I_n ab, der den von der Erlaärwlckluag S1 des fSransforBators 2M_f der DröSßölspuIo h20 vmu. dem Widerstand B20 gebildeten ßtroB^rais durehfließti· Der Strom I_Q hängt vom Verhältnis der Spannung an A&s Quelle Έ20 imd des Spannungsabfalls am Widerstand H20 ab· Wird dar Transistor Qi an eine äußere ^pi^erschaltusg sngssehlossen, die den (Uransietor leitend

t aaeht l>ßw. sperrt» eo verhindert die Induktivität der

L20_t, daß Sie erhaltene Veohselspannung den

Strom X_ß in nenn^nswörtea Äuoaaß beeinflußt« Der Magnetislerucgßstxoia I_1n kann jedoch auf die Weise erhalten werden« die in Hg» 13 dargestellt ist. Die zusätsliche quelle E20 iot dabei durch eino Diode D20 ersatat, die mit der. PriaUrwioklung S1 in It&ihe geschaltet ist. Parallel au der Diode R20 liegt cweckmiißig oin Eondenaator C2O odor auch ein Wideretanä. Schwiegt der Wandler, so tritt an des

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Diode 020 eiäe. Spannung a«*» welelie den Hagnetiaierungs- strom X_n «um Fließen bringt. Biesen vird durch die Wider-, atlnd· dar Primfirtficklang S1 und der Drosselspule L20 be- greait. Sobald Aar Wandler stabile Arbeitsbedingungen, ar* reloht bat ι wobei die ZäneohJfinevwgtage ahgsfclmsgen bsir« gedajap£t aind₉ he« die Anorto&g 41e folgenAe Vixieo&gaweiea·

Han eraleht ana Tig. 14₉ daß ein großer Strom I^ kurs de« Zeitpußikt! 1 die.Iriaaanrielclmie 81 dee gealttigfcen Xarna ia ireneiorcetor 2M ^tarohflieSt, Dieser Stscoa iat ßr3Ser ala der Magnetiaiercngaatroa Z_n and bewirkt, dafi die PoIeritlt an SFa&aföraiator sieh sondert, das heißt die Sransfor-■atorapannnng U₈₁ geht von einen negativen Wert sua positiven Höchstwert Über, tm Soitpuakt 1 wird der Sranaiator QI leitend, ao dafi die Spannung Ug₁ positiv bleibt, end der Kern das 'Xranafor&atore SI rerläßt den gee£ttlgten ISuatand, ao daß,der Strom Jg₁ rasch abnimmt. Der Ha&ietlslervffiga» atrom I_n, der auvor die Fris&rwioklttng SI darchiloß» fllafit nun atattdesaen ia veaeatlichen durch den Transistor Qi. XnfolgedeaBexi ninact der Trans is torstrom X_Q steil su_f bis er etwa den Betrag des Hagnetldierunsestroaes X_n erreiolit l&at· Sua Saitpankt Ib Sndert der Streu I_ß1 seine Siohtyng, da eich dar MagnetleierängofIuB im Korn des ^cansfonaatore TI umkehrt _teo daß die Diode 3)20 sperrt und dar Kondensator

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C2O aufgeladen wird· Xm Zeitpunkt 2 wird dor ^transistor QI nichtleitend, und infolge des- Einflusses des Hagnetisierungsströme X_ft ändert die en dar Primärwloklung SI und an der Drosselspule 150 anliegende Spannung ihre Polarität mit einer Geschwindigkeit, die von der Kapazität des Kondenaa« tors 011 abhängt» 'Durch den Folarit&tawechsel, der auch an der SekandBrwieklung S2 des Sranefonaators 2M stattfindet, wird die Oiodo SI in Durchlaßrichtung vorgespannt. lies bedeutet, daß der Hagnetislerungsstroa I_n über die SrimSrwlcklung S1 ssur Sekundärwicklung 82 und weiter über die Diode DI sowie die Drosselspule ΊΑ an einen Verbraucher gelangt, der an den Auegang des Wandlers angeschlossen ist· Veil der Magnetieierungestroa X_m im wesentlichen konstant ist, bleibt auch der die Diode DI durchfließende Strom beinahe konstant.

Sum Zeitpunkt 4· gelangt der Korn des Transformators £1 in die Sättigung, dss heUt dor für die Hagnetisierung des Kerne benötigte Strom nimmt steil zu und wird größer als der Kagaetiaierungeatro« I_ffi. Veil, wie oben beschrieben, die Diode DI nicht sofort sperrt, fließt suzr&shet noch Strom aus dem Kondensator C2 in Vorrichtung durch die Diode DI, wodurch der Kern des ?rcnef ormetors 3M magnetisiert wird« Sperrt die Diode Di dann, so 1st die im

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Transformator TI gespeicherte magnetische Energie bo groß, daß sich die Polarität der an der Drosselspule 120 und der Primärwicklung S1 anliegenden Spannung sehr raeoh umkehrt, obgleich, der Hagnetlsierungsstroa J_n diesem Polaritätswechsel entgegenwirkt. Die an der PrimSrwicklung 31 auf tretende Spannung wird daher positiv, und sun Zeitpunkt 1 ist der Transistor QI wiederum leitend, ohne daß er Überspannungen und Kollektorverluston ausgesetst ist, da die KoI-lektor-Skaitter-Spannung su diesem Seitpunkt niedrig 1st.

Der Wandler dieser beschriebenen Ausführungßform kann sweckmäßig.in gleiche? Weise wie oben erläutert geregelt . gesteuert werden, näolicb. indora laan den Zeitraum awi-

den Saitpun^ten 1b und Z verkürzt. Man erreicht _t in&öa laan dan Sraasistor QI früher sperrt, so daß ö.io en dor PIode J020 anliegende Spannung nicht auf den gleichen Wort ansteigt. Der Mittelwert dar Spannung Ü_D20 wir ο aaaer niedriger, und weil diese Spannung den Voraagne-

ia vesnirsacat, nimmt letstsrer gleichfalls g©riagöre Vormagnotiaieruag bedeutet wiederum, daß dor liifctölwsrti der Ströme I₀ und Xj^ herabgeaetst wird, mithin also auch der Auogongafluros bew· die Auugangsßpan· nung_t dor bsw. die durch eine sohr einfache Änderung der Pulsbreito cuiechun den Söitpunlcöen T und 2 innerhalb ei» n»a Bohr weit on Boreichs veränderbar ist. Eins Veränderung

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dee Hittelwertes der en der Diode D2Q anliegenden Spannung läßt eicii auch bewirken« indem man die Kapaeitüt dea Kondensators 020 verändert oder indem men parallel sur Diode D20 Widerstündeverschiedene? Größe anschließt. Genau wie oben erläutert bewirkt eine eolohe Änderung der Spannung Üjj2q eine Veresterung der Auegangespannung bzw· des Ausgangsstroms des Wandlers. Die Größe des ttagnetielerungeströme ist bedingt durch den Widerstand des Stromkreises, der von der Drosselspule XiSO₁ der Primärwicklung SI und der Diode D20 gebildet 1st» sowie durch die Wirbelstromverluste in der Drosselspule Xi20 und im Transformator QM. Die Ausgangswerte des Wandlers können daher durch Veränderung einer öde?: mehrerer dieser GrBßcßbzw* Bauelemente verändert werden*

Fig. 15 fioigfc eine Ausfü&rungaforsa sin©a srfindungßgemäßen statischen Gleiehspaanungswandlers mit zwei ßchalteinrlchtungen, diο im Gegentakt arbeiten. Die Anordnung weißt swei Transistoren QIa und QIb auf, die mit ©ines? Phasenverschiebung von etwa 180° betätigt worden· Bei dieser Ausführung wird nicht allein das Glättungsfilter am Ausgang einfacher und billiger, sondern es ergibt sich der susäteliche Tor- ' teil» daß 2\ur aine Drosselopule L2O erforderlich ist, die 8U den beiden Primärwicklungen der transformatoren T1a_t SIb und den Dioden JD20a, D20b in Seihe geschaltet ist.

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Xa Betrieb liegt en den Anschlüssen dor Drosselspule L20 ungefähr die gleich© Spannung en, das heißt en der Spannung tritt eine vexfaältnismäSig niedrige Wechselspannung auf· Ihre Induktivität kenn daher verhäitnlemäßig niedrig besessen »eic, ohne dsfi die Gefahr periodischer Veränderungen la Vornagnetisierungsstroa aufträte. Diese AuefÜhrungsfor* ist daher auch insofern besonders günstig, als die Vörmagnetiaierunge-Droeeelepule klein und somit billiger ausgeführt sein kann·

vorstehend beschriebenen Wandler arbeiten alt Sättigung des Kerns des Transformators 9M. Dies ist jedoch nicht notwendig» da die eine der Wicklungen des Sransforaatora Φ1 su einer weiteren Broeselspule parallel geschaltet wer* den kann, die vor den Kern des Transformator* Ti gesättigt wird· Dt© funktion eines in dieser Weise ausgebildeten Wandler« ist die gleiche wie oben erläutert bis auf den unterschied, daß die bei seiner Sättigung la Transformator TI auftretenden Eisen« und Kupferverluste vermieden werden· Zwar treten ähnliche Verluste in der weiteren Drosselspule auf, doch eröffnet die genannte Aueführungafona Versehrte Möglichkeiten sur Herabsetzung oder günelichen Beseitigung dieser Verluste.

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BAD ORIGINAL

Claims (5)

1. Patentansprüche

   Π verrichtung «ur Verwendung bei statischen Oleiohspahnungsvandlern, Bit einer Einrichtung um Umwandeln einer augefülirten Gleichspannung in eine hochfrequente Weoheelepannung, einem Transformator »u deren Obereeteung in eine geeignete Betriebsspannung und einem Gleichrichter für die transformierte Wechselspannung, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß der transformator« kern (1) beispielsweise mittels eingefügter Permanentmagnete (2), mittels aufgebrachter Wicklungen oder mittels eines Spannungsabfalls an einem Gleichrichter unter solcher VerSnderung seiner Zlagnetisierungakurve vor· magnetisierbar ist, daß seine Geaantpermeabilität unter* halb eines Kagnetisierungsochvfellwertes niedrig und dar-* über hoch ist.
2. 2. Vorrichtung In einem statischen Gleichspannungswandler, mit mindestens einer Quelle für Gleichspannung, die unter t&nra&dlung in eins hochfrequente Wechselspannung
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4. an die Primärwicklung mindestens eineß $ransformators anschaltbar ist, der stum liespannen. dor Wechselspannung auf ein» geeignete Größe dient, und mit mindestens einem Gleichrichter an der ßekundürsoit© des Transformators, dadurch gekennzeichnet , daß min» deatana eine Schalteinrichtung zum intermittierenden Anschalten, der Gleiohspannungsguelle (U₀) vorhanden ist und daß der Traneforamtorkern (1) unter Verschiebung seiner Hagnetidierungs&urve in Bolcher Bichtung vormagnotisierbar ist» dag die Gesamtpermeabilität dee Kerns bei unterhalb eines bestimmten Wertes liegendem Betrag der Magnetisierung niedrig, bei Überschreitung öiases Wortes hingegen hoch ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge· konnsei c hnet , daß eine drosselspule (z.B. JtZQ) und mindestens eine ßpannungsquolle (a.B,E20) mit dor Priinärviicklusig (Si) mindeatens eines Sraneforaators (a.Ft.TI) Iu Seiho gesohaltet sind und daß die Spannungsquelle von Blöden (b,B.D2O) gebildet ist, die in Sichtung des ?ormagnetiaierüngs3tromes (X_n) stromdurchlässig sind (?ig. Λ2 und

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   4. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch A-, dadurch gekenn zeichnet, daß der Transforaatorkern (i) mindestens einen Beraenentsagneten (2) aufweist, der Bestandteil· des Kerns ist (Pig. 9 und iO).

   5· Vorrichtung wenigstens nach Anspruch ^, dadurch g e Ie ο η α se lehnet » daß 4er Traneformat orkern.

   (1) einen mit einem luftspalt (3) Tersehenen Seil aufweist (Fig.1O>.

   6» Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 biß ^₄ dadurch g e Je e η η ζ © i ο h η e t , daß zwc Steuerung d©r leitenden und nichtleitenden Zeitabschnit te der Bchalt@inrlchtung eine Trigger^Anordnwxg (z.B. QI, £2) vorgesehes 1st»

   7* Vorrichtung naeh wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6f dadurch g e Je e η η a e i c h η ö t » daB asu je» der ^imärwlcklung 2welerSrans£örx3atoren (SIa₉ TIb) ein SchRltar. (Q1a_t QIb) in Heine liegt und daB diese Schalter alt einer Biasenversehiebung von etwa 180° sueinander betätig· bzw· triggerbsr sind.

   3» Vorrichtung wenigatene nach Anspruch 5 '■*&& ?₅ dadurch g β k ö an ζ ei ob η e t ₉ daB die

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   -ar

   (L2O) ait d«a Eriaärwicklungen sweier Sranaforsatoren (VIa₉ TIb) und nit swei Spannungequellen in Beihe geaohaltet 1st« welch letstere eue mtl Dioden (D2Oa,D2öb) beatehen, die Jewell· einem Sclialter (QIa, QIb) sage« ordnet elsd (Ils·

   9· Torrichtning venigstens naoh Anspruch 1 odes 2« dadiurab giken&ieichn« t _t daß «u irgendeiner Wicklung Bindeatens dee einen Traneroraatoro eine Droaeelspule parallel geaenaltet ist.

   10· Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadureh g e k e & η ζ eich η e t , daß sum Erzielen einer schnellen Unpolung nindeateae des einen Traneformatora der auf eeiner Sekundärseite angeordnete Gleichrichter sua einer langeaa anaprecihenden Diode beeteht.

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   Lee rs e ι te